Brevet FR2516439A1 — publié le 19830520

La présente invention concerne un procédé de soudage électrique de pièces en matière plastique, en particulier de pièces qui concourent à la réalisation de canalisations destinées à véhiculer des fluides divers. On connaît déjà, notamment par les brevets français NO 1 072 800 et 1 125 293, un procédé d'assemblage de pièces en matières thermoplastiques par interposition d'un élément de liaison chauffant garni d'une ou plusieurs résistances chauffantes et pressage de l'ensemble pendant- l'alimentation desdites résistances chauffantes. L'élément de liaison reste noyé après soudage entre les pièces ainsi assemblées. Un tel procédé a notamment l'inconvénient de nécessiter un très bon état de surface des zones à souder pour éviter les simples collages. Par ailleurs, le fait de souder ledit élément de liaison simultanément avec au moins deux pièces à assembler présente l'inconvénient de conduire à un rebut important de pièces dès lors au'il survient un défaut dans une quelconque pièce de l'assemblage ou dans l'un quelconque des éléments de liaison à y incorporer. Un autre procédé consiste à intégrer l'élément de liaison chauffant à l'une des pièces de l'assemblage en surmoulant la résistance dans ladite pièce ; il présente des inconvénients comparables aux précédents, le taux de rebut de pièces pouvant couramment atteindre 30 %. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients et propose dans ce but un procédé de soudage electri que de deux pièces en matière plastique avec interposition d'un élément de liaison fusible garni d'une résistance électrique, caractérisé par un présoudage de l'élément de liaison sur l'une des pièces avec mise en oeuvre d'une fraction prédéterminée de l'énergie nécessaire pour le soudage deux pièces dans une étape subséquente. Une telle opération préparatoire de présoudage offre l'avantage; de permettre la détection de toute défectuosité dans les pièces à réunir. Cette opération pouvant s'effectuer en usine, ou en atelier, on est ainsi pratiquement assuré de pouvoir effectuer sans problèmes les opérations d'assemblage proprement dit sur chantier. Le procédé selon l'invention est également caractérisé en ce que ledit élément de liaison garni d'une ou plusieurs résistances électriques est en polyéthylène greffé. Selon une première réalisation on extrude du polythylène greffé autour d'un fil résistant de manière à constituer des bobines de fil de la longueur voulue et au diamètre voulu. Selon un second mode de réalisation on utilise un complexe métal/feuille de polyéthylène greffé que l'on traite comme un circuit imprimé. De tels éléments de liaison en polyéthylène greffé permettent de souder des pièces en polythylène dit de haute densité, en polypropylène ou plus généralement en polyoléfines, des copolymères à base d'oléfines tels que le polyéthylène chloré ainsi que, avec des résultats moins significatifs, le polystyrène, le P.V.C., le polycarbonate ou le polyméthacrylate. L'usage de polyéthylène greffé a déjà été proposé pour la fabrication de tubes composites métal-plastique, ainsi que pour souder des capsules de complexe aluminium/polyéthylèfle sur des bouteilles de lait en polyéthylène en évitant les accidents de soudure dûs aux résidus gras déposés lors du remplissage des bouteilles. Ces possibilités sont appliquées selon la présente invention à l'assemblage par soudage électrique de pièces en matière plastique, telles que des éléments de canalisations de fluides que l'on peut avoir à raccorder; à assembler ou à réparer sur les chantiers les plus divers dans des conditions souvent difficiles. L'invention a également pour objet un perfectionnement des manchons de raccordement du genre constitué de deux demicoquilles adaptées à envelopper conjointement un tronçon de canalisation, qu'il s'agisse de réparer un tronçon défectueux; de raccorder deux tronçons mis bout-à-bout, de pratiquer un piquage ou dérivation, de réaliser un changement de diamètre ( réduction) etc ... Le perfectionnement offert selon l'invention est remarquable notamment en ce que chacune des demi-coquilles est bordée de deux lèvres longitudinales saillant radialement avec une face droite dans un plan diamétral de jonction et une face inclinée formant avec ce plan un angle de serrage, un élément de liaison en matériau fusible avec résistance incorporée de soudage s'étendant dans chaque demi-coquille au moins sur la surface interne semi-cylindrique de celle-ci. Un manchon ainsi agencé et préparé selon la technique précitée de présoudage de l'élément de liaison dans chacune des demi-coquilles offre notamment l'avantage de faciliter l'obtention de raccordements irréprochables même en cas d'ovalisation des tronçons de canalisations à assembler, grâce à l'efficacité du serrage rendu possible par l'effet de coin des faces inclinées en coopération avec des pinces très simples à mettre en oeuvre. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d' exemple, en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre en coupe un raccord en té - la figure 2 représente un élément de liaison - la figure 3 montre avec le montage électrique correspondant une opération de présoudage - la figure 4 est une vue en coupe du raccord en té après soudage d'un tube - la figure 5 montre un élément de liaison à circuit imprimé - la figure 6 est une vue en perspective d'une demicoquille garnie d'un élément de liaison selon la figure 5 - la figure 7 est une vue semblable d'une paire de demicoquilles ainsi garnies mises en place sur une canalisation. Selon l'exemple d'application illustré aux figures l à 4, un raccord en té l comporte deux emboîtures opposées 2, 3, destinées à recevoir deux tronçons de canalisation alignés et une emboiture 4 donnant accès à une tubulure de dérivation 5. Chacune des emboîtures a un diamètre interne égal au diamètre extérieur du tubecorrespondant majoré du double de l'épaisseur d'un élément de liaison. Un tel élément de liaison est constitué selon une forme de réalisation de l'invention, illustrée à la figure 2, par un enroulement 6 à doubles spires jointives, d'une longueur prédéterminée de fil résistant enrobé préalablement repliée sur elle-même, les deux extrémités 7, 8 du fil restant accessibles ainsi d'un même côté de l'enroulement. La bobine ainsi préparée est introduite dans l'emboîture 2 par exemple (fig. 3) et maintenue au contact de la paroi interne de celle-ci au moyen d'un mandrin isolant 9 en porcelaine ou en vitroeéramique de diamètre égal à celui du tube à assenbler. - Les bornes 7 et 3 sont connectées au moyen de pinces rapides dans un circuit d'alimentation et de contrôle comprenant un ampèremètre 10, un interrupteur 11 commandé par un minuteur (non représenté) et une source 12 d'énergie électrique telle qu'une batterie par exemple. Ce circuit peut également comporter des organes de sécurité et d'alarme ainsi que des capteurs adaptés à transmettre, si on le désire, divers paramètres à un dispositif de saisie de données. Le temps de passage du courant est limité par l'inter- rupteur ll à une valeur prédéterminée pour assurer un pré sous dage de l'élément de liaison 6 sur la paroi interne de l'emboîture 2. L'énergie ainsi dissipée dans la résistance est suffisante pour provoquer une fusion partielle et un collage de 1' élément de liaison contre la paroi adjacente de l'emboîture, tandis que le mandrin 9 s'en dégage librement. L'ampèremètre permet de contrôler le passage du courant et donc le bon état de la résistance contenue dans l'élément de liaison. L'élément de liaison se trouve ainsi présoudé dans l'emboîture 2. Des éléments de liaison semblables peuvent être présoudés ensuite par un même processus dans les autres emboîtures 3 et 4. Ces opérations peuvent avantageusement être effectuées en usine ou en atelier, après quoi le raccord est prêt à l'assemblage sur chantier. Chacune des emboîtures est préparée ainsi à la réception d'un embout tubulaire venant prendre la place du mandrin 9. Lorsqu'un tube ou autre élément de canalisation se trouve engagé ainsi dans l'emboîture et les bornes 7, 8 de la résistance à nouveau branchées dans un circuit d'alimentation et de contrô- le identique ou semblable à celui de la figure 3, on procède au soudage définitif qui est obtenu par fermeture de l'interrupteur ll pendant le temps nécessaire pour une fusion complète du matériau thermoplastique d'enrobage de la résistance. On voit ainsi sur la figure 4 un tube 13 ayant sa partie terminale 14 emboîtée et complètement soudée dans l'emboîture 2, la résistance demeurant noyée dans la pièce. On peut procéder ensuite de même pour le soudage d'un embout tubulaire dans chacune des autres emboîtures 3 et 4 dans lesquelles on aperçoit sur la figure 4 les éléments de liaison 6l et 62 déjà présoudés. L'expérience montre que l'énergie nécessaire pour 1' obtention d'un présoudage satisfaisant peut être limitée à une fraction relativement faible de l'énergie requise pour le soudage complet. Cette fraction se situe en général entre un cinquième et un quinzième. L'énergie mise en oeuvre pour le soudage complet est de son côté déterminée expérimentalement : elle doit être suffisante pour assurer un bon soudage, tout en restant en deçà d'un seuil à partir duquel il y a risque de destruction partielle du matériau fusible avec formation de bulles ou cloques. Ce matériau fusible peut avantageusement être constitué par du polyéthylène greffé, par exemple à l'aide d'acide acrylique. Le greffage améliore la qualité des assemblages obtenus, même dans des conditions difficiles, en cas de mauvais dégraissage des pièces par exemple;il améliore également 1' adhésion entre le matériau fusible et la résistance électrique incorporée dans l'élément de liaison. La déocoposition en deux étapEs de l'opération de soudage présente l'avantage, grâce au contrôle de la qualité du premier assemblage, de permettre de tester séparément les diverses pièces de l'assemblage, en vue de ne rebuter que les parties défectueuses pour rebroyage a des fins de réutilisation. Dans ce cas, il suffit d'arracher la résistance avant le rebroyage. Le fait d'utiliser une énergie plus basse lors de la première étape que lors de la seconde permet de tester les pièces sans imposer à l'élément de liaison une altération qui serait susceptible d'être géante lors de la seconde opération. Un tel procédé de soudage est économique et fiable tout en assurant une grande sécurité pour l'utilisateur. Lors d'essais destructifs il a été observé que des tubes et des raccords ainsi assembles périssent en dehors des soudures. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention selon la description précédente, on a relevé les conditions ci-après - température ambiante :200C - diamètre intérieur de l'emboîture : 65,4 mm - diamètre extérieur du tube à assembler : 63 mm - profondeur de l'emboîture : 31,5 mm - diamètres du fil avant et après enrobage : 0,4 et 1,2 mm - longueur du fil : 5,2 m - nature du fil :constantan - tension de 24 V - temps de présoudage :15 secondes - temps de soudage :120 secondes. Au lieu d'être constitué par un bobinage de fil enrobé, l'élément de liaison peut se présenter sous la forme d'une feuille de matériau fusible en combinaison avec un circuit résistant plat. C'est une telle réalisation qu'illustre la figure 5. Une feuille 21 en polyéthylène greffé porte sur une de ses faces un circuit plat réalisé par la mise en oeuvre de la technique classique des circuits imprimés, avec leurs parties terminales élargies 23, 24, servant de bornes pour l'application de pinces d'amenée de courant. La zone 25 est un exemple de réserve qui peut être ménagée en regard d'un alésage éventuel dans la pièce à assembler pour éviter une remontée de la matière en fusion dans un tel alésage. Un tel élément de liaison se prête notamment à l'assem- blage de manchons de raccordement divisés en demi-coquilles pour l'enveloppement d'un tronçon de canalisation. La figure 6 montre un tel élément de liaison plat 21 mis en place sur une demi-coquille 30 s'étendant entre deux lèvres 31, 32. Ces deux lèpres sont en saillie radialement avec des faces dites droites 33, 34 dans un plan diamétral de jonction et des faces inclinées telles que 35 formant avec les faces droites correspondantes un angle de serrage. On voit que l'élément de liaison 21 tapisse la paroi semi-cylindrique interne de la demi-coquille ainsi que l'une des faces droites, en l'occurrence la face 33 de la seule lèvre 31. Comme dans le cas de la précédente forme de réalisation, l'élément, de liaison ainsi placé sur la pièce 30 est soumis à l'opération préalable de présoudage, opération pendant laquelle la cohésion entre demi-coquille 30 et élément de liaison 21 peut être assurée au moyen d'un mandrin isolant, non représenté. Deux demi-coquilles ainsi garnies de leurs éléments de liaison présoudés sont mises en oeuvre selon la figure 7, par exemple pour le raccordement bout-à-bout de deux tubes 36, 37. Les deux demi-coquilles 30A et 30B ont leurs lèvres affrontées deux à deux, telles que 31A et 32B, prises dans les pinces telles que 38, adaptées à permettre, par serrage sur les faces inclinées formant coin, de presser les demicoquilles sur les tubes de manière à assurer une cohésion efficace de l'ensemble même en cas d'une certaine ovalisation. L'ensemble étant ainsi maintenu est prêt pour l'exécution de l'opération de soudage comportant l'application soit simultanée,soit successive de l'énergie de soudage aux deux circuits résistants respectivement accessibles par les bornes 23A, 24A, d'une part, et 23B, 24B, d'autre part, des éléments de liaison déjà présoudés sur les deux demi-coquilles. Ces deux circuits peuvent en effet être couplés en parallèle par saisie de leurs bornes juxtaposées dans deux pinces de raccordement disposées de part et d'autre. Un alésage transversal 39 pratiqué dans l'une des demi-coquilles peut être prévu pour un piquage éventuel. Dans ce cas la zone de réserve 25 est naturellement disposée en regard du trou formé par cet alésage. Quoi qu'il en soit, après réalisation de la soudure ltétanchéité est assurée entre manchon et tubes et également entre les deux demi-coquilles du manchon grâce à la partie 33 des éléments de liaison qui tapisse la face droite de chacune des lèvres. Voici un exemple d'application d'élément de liaison à circuit imprimé pour piquage sur un tube de 40 mm. - longueur des demi-coquilles : 100 mm - pente des faces inclinées : 3 % - épaisseur du film de polyéthylène greffé : 0,1 mm - longueur développée de circuit imprimé : 2,5 m - largeur du trait imprimé : 1 mm - intervalle entre traits : 1 mm (en partie courante) - épaisseur métal déposé : 0,035 mm - tension : 12 V - temps présoudage : 20 secondes - temps soudage : 180 secondes L'invention n'est, bien entendu, pas limitée aux détails des formes de réalisation qui viennent d'être décrites à titre de simples exemples. On peut envisager ainsi une application combinée des assemblages. Ainsi, dans la forme de réalisation de la figure 7, un tube dérivé peut être implanté dans l'alésage 39 par la mise en oeuvre d'un élément de liaison du type bobine selon la description donné#e en référence aux figures 1 à 4. On peut de même envisager la réalisation d'un té de raccordement par la mise en oeuvre d'un manchon divisé en deux demi-coquilles comportant chacune un alésage transversal et une partie pleine sur l'un des côtés terminaux. Le principe de la division en deux demi-coquilles est applicable en effet à tous les cas où le partage s'avère possible selon un plan diamétral de jonction permettant l'affrontement de deux faces droites avec interposition d'un élément de liaison en feuille qui peut on non s'étendre sur une surface cylindrique adjacente. De telles faces droites affrontées se trouveront toujours au contact de deux lèvres adjacentes, mais il pourra s'en trouver aussi dans des zones de contact situées en dehors de la portée des lèvres de serrage, lesquelles ne seront pas nécessairement étendues sur toute la longueur d'un manchon ou autre pièce de raccordement. L'invention s'applique, en effet, non seulement à des manchons de raccordement, mais à tous autres types de pièces de raccordement, de couplage, de réduction, ou encore d'enveloppement, par exemple, pour réparation d'un tronçon de canalisation défectueux ou accidenté. Dans le cas d'application d'un manchon en deux demicoquilles à un simple piquage, on peut limiter, si on ledésire, l'élément de liaison à la seule surface semi-cylindrique de la demi-coquille comportant le piquage. L'assemblage des deux demi-coquilles est assuré, dans ce cas, par les seules pinces laissées normalement à demeure sur Les rampes. Il convient de noter encore la possibilité, grâce à la mise en oeuvre de matériaux de liaison fusibles en polyoléfine greffé, d'envisager l'application du procédé à l'assemblage étanche de certaines pièces métalliques. REVENDICATIONS 1) Procédé d'assemblage par soudage électrique de pièces en matière plastique avec interposition entre pièces à souder d'un élément de liaison en matériau fusible garni d' une résistance électrique, caractérisé par un présoudage de l'élément de liaison sur l'une des pièces, avec mise en oeuvre d'une fraction prédéterminée de l'énergie nécessaire pour le soudage de l'ensemble dans une étape subséquente. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fraction prédéterminée est comprise entre un cinquième et un quinzième de l'énergie nécessaire à l'opération finale de soudage. 3) Procédé selon la revendicatio#n 1, caractérisé en ce que ladite fraction prédéterminée est comprise entre un huitième et un dixième 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de liaison est un enroulement de fil électrique enrobé dans une matière thermoplastique constituant le matériau fusible. 5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de liaison comporte au moins une feuille de matière thermoplastique portant sur l'une de ses faces un circuit imprimé. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau thermoplastique que comporte l'élément de liaison a subi un traitement de greffage. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau thermoplastique que comporte l'élément de liaison est en polyéthylène greffé. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'assemblage d' éléments de canalisations destinées à véhiculer des fluides. 9) Procédé selon la revendication 8, de soudage de deux extrémités tubulaires mâle et femelle, caractérisé en ce que la présoudage de l'élément de liaison se fait à l'intérieur de l'extrémité tubulaire femelle avec la mise en oeuvre d'un mandrin isolant. 10) Procédé de soudage selon la revendication 8 d'un manchon tubulaire en deux demi-coquilles sur un tronçon de canalisation, caractérisé par le présoudage sur chacune des demi-coquilles d'un élément de liaison selon la revendication 5. 11) Manchon de raccordement pour canalisations en matière plastique, du genre comprenant deux demi-coquilles adaptées à envelopper un tronçon de canalisation à au moins un élément tubulaire, caractérisé en ce que chacune des demicoquilles est bordée de deux lèvres longitudinales saillant radialement avec une face droite dans un plan diamétral de jonction et une face inclinée formant avec ce plan un angle de serrage, un élément de liaison en matériau fusible avec résistance incorporée de soudage s'étendant dans une demicoquille au moins sur la surface interne semi-cylindrique de celle-ci. 12) Manchon selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'élément de liaison s'étend également sur partie au moins de la face droite de l'une au moins des ailes de chaque demi-coquille. 13) Manchon selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont présoudés sur les demi-coquilles. 14) Manchon selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que chaque élément de liaison est constitué par une feuille de matériau fusible portant sur 1' une de ses faces un circuit imprimé formant résistance de soudage. 15) Manchon selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que l'élément de liaison est en polyéthylène greffé. 16) Manchon selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que l'une au moins des demicoquilles comporte un alésage radial destiné à permettre la réalisation d'un piquage ou d'une dérivation sur un tronçon de canalisation pris dans le manchon. 17) Manchon selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est ménagé un contournement par la résistance de soudage de la zone de l'élément de liaison qui est située en regard de l'alésage. 18) Manchon selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'alésage destiné à former une emboîture pour un tube de dérivation est équipé par présoudage d'un élément de liaison présoudé dans ledit alésage. 19) Manchon selon l'une quelconque des revendications 10 à 18, caractérisé en ce que l'élément de liaison présoudé dans l'alésage est réalisé sous forme d'une bobine de fil chauffant avec enrobage en matériau fusible.