Brevet FR2531645A1 — publié le 19840217

"Procédé pour l'assemblage indémontable d'éléments de cons- truction distincts et bloc échangeur de chaleur fabriqué à l'aide de ce procédé". L'invention a pour objet un procédé pour l'assemblage indémontable d'éléments de construction distincts à l'aide d'une matière d'assemblage ainsi qu'un bloc échan- geur de chaleur fabriqué à l'aide de ce procédé. Suivant l'état de la technique, on con- nait en tant qu'assemblages indémontables, le brasage, le soudage et le collage Dans la plupart des cas, les éléments de construction à assembler sont assemblés par utilisation auxiliaire d'un additif (tel que brasure, baguette de soudure, adhésif) avec ou sans chauffage. Dans le cas des éléments de construction ayant des formes géométriques complexes, les surfaces d'as- semblage doivent être ajustées l'une à l'autre avant le bra- sage, le soudage ou le collage Cela peut exiger le respect de limites de tolérances très strictes aux emplacements d'as- semblage (par exemple 0,05 mm), ces tolérances dépendant de la réalisation des éléments de construction et des conditions qui leur sont imposées Il est nécessaire pour cela d'effec- tuer un usinage de forme précis, et donc coûteux, des élé- ments de construction à assembler, par exemple par tournage, fraisage, alésage ou érosion. L'invention a pour but de fournir un procé- dé pour l'assemblage indémontable d'éléments de construction distincts du type indiqué dans le préambule, ce procédé évitant l'usinage de forme précis, avec des limites de tolé- rance relativement serrées des éléments de construction à assembler Le procédé doit cependant permettre la réalisation à l'aide de moyens simples d'un assemblage indémontable et solide entre les éléments. L'invention a en outre pour but de créer un bloc échangeur de chaleur fabriqué à l'aide du procédé conforme à l'invention. -2- L'invention concerne à cet effet un pro- cédé du type ci-dessus caractérisé en ce qu'on dispose les éléments de construction à assembler dans un moule creux en les orientant et on remplit avec au moins une couche de poudre métallique susceptible de frittage lesr-espaces inter- médiaires entré le moule creux et les éléments de construc- tion, le moule étant ensuite chauffé avec les éléments de construction et la poudre métallique, à la température de frittage de la poudre métallique choisie, puis on laisse l'ensemble se refroidir Il est certain qu'on connait d'a- près l'état de la technique un procédé d'assemblage par frit- tage, mais ce procédé est relativement complexe On doit d'abord préfritter la poudre métallique pour former une ébauche ou comprimé, et on n'assemble qu'ensuite, dans une seconde opération de frittage, la partie métallique à mettre en place avec l'ébauche ou comprimé (CH-PS 263 725) Par contre, suivant l'invention, la liaison par frittage des éléments de construction a lieu en une seule opération en utilisant des poudres métalliques à haute résistance à chaud, réfractaires, et cela sans pression, c'est-à-dire sans inter- vention de pression extérieure. On retire notamment du moule creux les élé- ments de construction assemblés rigidement par la poudre mé- tallique frittée sans intervention de pression extérieure. Suivant un mode de réalisation de l'inven- tion, on peut chauffer le moule creux sous vide à la tempé- rature de frittage avec les éléments de construction mis en place et la poudre métallique. Pour obtenir une meilleure consistance du corps d'assemblage, on peut judicieusement effectuer une opé- ration de post-densification après l'opération de frittage. On effectue un revêtement, au moins partiel des éléments de construction à assembler avec une couche ob- tenue par métallisation avant de les disposer de façon orien- tée, l'un par rapport à 1 'autre, dans le moule creux, de sor- te que les-éléments de construction sont maintenus dans le -3 - moule à distance l'un de l'autre (àfaible distance) On ga- rantit ainsi la formation d'espaces intermédiaires qui peu- vent être remplis avec une poudre métallique susceptible de frittage On garantit simultanément qu'il ne se produit pas de corrosion de frottement sur les éléments de cons- truction. Les éléments de contruction assemblés par un corps fritté ne sont pas, dans bien des cas, complète- ment incorporés dans le corps fritté et ne sont donc pas parfaitement assemblés Après avoir retiré du moule creux les éléments de construction assemblés par frittage, on peut judicieusement utiliser un cadre de maintien extérieur pour que les éléments de construction prennent appui sur ce ca- dre de maintien, notamment dans les zones d'assemblage non frittées, ces éléments étant ainsi stabilisés Pour empê- cher la corrosiion de frottement entre le cadre de maintien et les éléments de construction intérieurs, on effectue avan- tageusement un revêtement du cadre de maintien extérieur avec une couche obtenue par métallisation sur sa surface laté- rale intérieure avant son utilisation Le cadre de maintien peut être agencé en une seule pièce ou constitué, ou assemblé, en plusieurs éléments. Un mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'on dispose dans le moule creux une poudre non suscep- tible de frittage avant de disposer des éléments de construc- tion tubulaires à assembler dans ce moule, et en ce qu'on enfonce dans la poudre non susceptible de frittage les extré- mités tubulaires ouvertes des éléments de construction tubu-. laires en position de fixation On dispose ensuite la poudre métallique susceptible de frittage sur la poudre non suscep- tible de frittage, puis on effectue le frittage La poudre non susceptible de frittage empêche la pénétration indési- rable de matière de frittage dans les cavités des éléments de construction. 4 a 531645 Si-l'on désire qu'il se produise un fai- ble retrait lors du frittage, on choisit en conséquence le programme de la température en fonction du temps La poudre métallique est alors frittée de façon non étanche aux gaz. bans ce cas, suivant un mode de réalisation avantageux du procédé conforme à l'invention, on applique Judicieusement une feuille de brasage et on assure l'étanchéité à l'aide de cette feuille de brasage. La poudre métallique susceptible de fritta- ge présente avantageusement une dimension de particule de g environ On peut ainsi remplir même les faibles dis- tances ou les faibles intervalles entre les éléments de construction disposés en position de fixation La granulomé- trie de la poudre, c'est-à-dire la distribution des dimensions de sep grains, est choisie de manière à obtenir une maasse volumique apparente, au mieux égale à 75 % de la densité théo- rique, pour que le retrait reste faible. La poudre métallique peut être introduite de façon plus rapide et plus sare dans les intervalles dési- rés lorsqu'on met cette poudre en suspension, notamment avant l'introduction dans le moule, dans un liquide organique (par exemple alcool ou hexane) et qu'on l'introduit sous forme de bouillie dans le moule creux. En conséquence, l'invention permet d'obtenir, avec des moyens simples, un assemblage rigide indémontable entre des éléments de construction à assembler, ces éléments n'ayant pas à subir un usinage de forme précis et étant cepen- dant assemblés entre eux de façon précise Les éléments de construction sont le plus souvent placés et fixés dans un moule creux tel qu'une coquille céramique en A 1203 On rem- plit ensuite les intervalles ou espaces restants avec la poudre métallique En raison de la faible dimension des particules de la poudre métallique susceptible de frittage, on atteint même les plus faibles intervalles existants dans la coquille céramique et on les utilise pour une fonction d'assemblage Après la fixation des éléments de construction dans la poudre métallique, on effectue le frittage proprement dit, c'est- à-dire qu'on chauffe les éléments à la température de frittage, avec ou sans application de vide (suivant le mé- tal) A partir de la poudre métallique il se forme un corps fritté compact, les éléments de construction qui s'y trou- vent demeurant inchangés en ce qui concerne leur forme et leur position Il s'est produit un assemblage indémontable avec le corps fritté ("assemblage par diffusion") Le cas échéant, ou en cas de besoin, on peut ensuite post-compacter après coup l'ensemble du corps fritté La forme extérieure du corps fabriqué est déterminée par la forme intérieure de la coquille céramique, qui peut être choisie suivant les besoins. Pour maintenir la cavité intérieure dégagée, par exemple pour un élément de construction tubulaire, la surface de base de la coquille céramique est recouverte avec une poudre neutre (par exemple en A 1203). Avec le procédé conforme à l'invention, on peut notamment fabriquer de façon simple un bloc échangeur de chaleur dont les tubes ou lancettes d'échange de chaleur individuels sont assemblés rigidement par un corps fritté En tant que poudre métallique susceptible de frittage, on utilise de préférence la poudre connue sous le nom commercial d'Udimet. T'invention sera rcieux compr-sze en i -:ac wd de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans les- quels la fig 1 est une vue en coupe schématique d'un moule creux utilisé conformément à l'invention avec des éléments à assembler mis en place; la fig 2 est une vue en coupe transversale schématique du dispositif suivant la fig-1, au niveau de la couche de poudre métallique susceptible de frittage; la fig 3 est une vue latérale schématique d'un élément de construction particulier à assembler conformé- ment à l'invention, cet élément se présentant sous forme d'un petit tube de refroidissement; -6- la fig 4 est une vue en perspective sché- matique représentant le détail d'un cadre utilisé suivant l'invention; la fig 5 est une vue en perspective repré- sentant un moule creux suivant une réalisation particulière; la fig 6 est une vue en perspective repré- sentant une autre réalisation de moule creux pour la mise en application du procédé conforme à l'invention. La fig 1 est une vue en coupe schématique d'un moule creux 2 se présentant sous la forme d'une coquille céramique La coquille céramique est réalisée par exemple en Si C ou en Al - 2 3 Dans la coquille céramique 2 est disposée une poudre 6 non susceptible de frittage ("neutre au frittage") par exemple une poudre de Al O 2 3 V Les éléments de construction (tubulaires) 1 à assembler sont disposés à partir du haut dans le moule creux 2, ouvert à sa partie supérieure et fermé latéralement, les extrémités inférieures ouvertes 7 des tubes des éléments de construction 1 étant enfoncées dans la poudre 6 non sucepti- ble de frittage Les éléments de construction disposés dans le moule sont orientés de la façon voulue l'un par rapport à l'autre, cela étant assuré par des organes de fixation auxi- liaires qui ne sont pas représentés sur la fig l. On dispose ensuite dans le moule creux 2 la poudre métallique 3 susceptible de frittage, tous les inter- valles entre les éléments de construction 1 mis en place se trouvant;-ainsi remplis Etant donné que les extrémités infé- rieures ouvertes des extrémités de construction 1 pénètrent dans la poudre 6 neutre au frittage, les cavités intérieures des éléments de construction 1 ne sont pas remplies, comme on peut le voir par exemple sur la fig 2. Les éléments de construction fixés sont alors chauffés à la température de frittage, conjointement avec le moule creux extérieur 2 et les couches de poudres 6,3 dispo- sées conformément à la fig 1 La couche de poudre métallique -7- 3 est ainsi frittée (contrairement à la poudre 6 qui n'est pas susceptible de frittage) Il se forme un corps fritté du fait d'un assemblage par diffusion avec les éléments de construction 1 incorporés rigidement On effectue le cas éché- ant un post-compactage. On retire ensuite le moule creux extérieur 2 ainsi que la couche 6 encore sous forme de poudre. Avec le procédé d'assemblage conforme à l'invention on peut fabriquer notamment un bloc échangeur de chaleur présentant comme les éléments de construction 1 des petits tubes de refroidissement représentés sur la fig 3 Les petits tubes de refroidissement individuels sont munis sur leur pourtour et en des emplacements supérieur et inférieur, d'une couche réalisée par métallisation 4, de sorte que des petits tubes de refroidissement mis en paquet serré l'un à- côté de l'autre sont maintenus à une distance (faible) Il se forme alors des intervalles qui peuvent êtrç remplis avec une poudre susceptible de frittage Le revêtement par métallisa- tion des petits tubes de refrodissement intervient en outre pour que les éléments de construction ne subissent pas de corrosion de contact. La fig 4 est une vue en perspective schéma- tique d'un cadre de maintien extérieur 5 dont la surface laté- rale intérieure est munie d'une couche réalisée par métalli- sation 4 similaire au revêtement par métallisation suivant la fig 3 Le cadre de maintien extérieur 5 sert à stabiliser un bloc échangeur de chaleur fritté constitué par plusieurs élé- ments de construction, par exemple par des petits tubes de refroidisseàent'suivant la fig 3 De préférence, le cadre de maintien extérieur 5 sert à fixer les éléments de construction disposés suivant la fig 1 dans la zone de pourtour supérieure c'est-à-dire en un emplacement o les éléments de construction 1 ne sont pas assemblps entre eux par la couche de poudre mé- tallique frittée 3. -8- La fig 5 est une vue en perspective schéma- tique d'un cadre creux 2 ouvert latéralement Le cadre creux 2 comporte une zone intérieure en relief 8 avec un grand nom- bre de passages 9 dans lesquels on peut enfoncer les extrémi- b tés inférieures d'éléments de construction tubulaires 1 à assem- bler La disposition des passages 9 détermine la position extrême des éléments de construction à assembler. La zone intérieure en relief 8 du moule *creux 2 en céramique est agencée de manière à présenter une section telle qu'un évidement longitudinal 10 soit formé par dessous, une barre coulissante 11 en céramique étant disposée dans cet évidement La, barre en céramique 11 sert de butée lon- gitudinale pour les éléments de construction 1 enfoncés à travers les passages 9 de la zone en relief. Il est clair que le moule creux 2 suivant la fig 5 sert à la réalisation d'un bloc échangeur de chaleur avec un tube collecteur rectangulaire correspondant à la forme de la section de la zone intérieure en relief 8 du moule. Le moule creux 2 dont une partie est repré- sentée en perspective sur la fig 6 comporte deux zones intérieu- res en relief 8 avec des passages 9 Des évidements longitudi- naux inférieurs 10 sont prévus pour la mise en place de bar- reaux en céramique 12 Les barreaux en céramique 12 correspon- dent essentiellement à la barre en céramique 11 de la-fig 5 Il est clair que la disposition suivant la fig 6 permet la réalis- sation d'un bloc échangeur de chaleur avec des tubes collecteurs* ronds (deux). 9 - REVENDICATIONS 1) Procédé pour l'assemblage indémontable d'éléments de construction distincts ( 1) à l'aide d'une matière d'assemblage, caractérisé en ce qu'on dispose les éléments de construction ( 1) à assembler dans un moule creux ( 2) en les orientant et on remplit avec au moins une couche ( 3) de pou- dre métallique susceptible de frittage les espaces intermé- diaires entre le moule creux ( 2) et les éléments de construc- tion ( 1), le moule creux ( 2) étant ensuite chauffé, avec les éléments de construction et la poudre métallique, à la tempéra- ture de frittage de la poudre métallique choisie, puis on laisse l'ensemble se refroidir. 2 ') Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'on retire du moule creux ( 2) les éléments de construction ( 1) assemblés rigidement par la poudre métallique ( 3) frittée sans intervention de pression extérieure. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on chauffe le moule creux ( 2) sous vide et à la température de frittage avec la poudre métallique ( 3) et les éléments de construction ( 1) mis en place. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue une post- densification après un frittage. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on effectue un revête- ment, au moins partiel, des éléments de construction ( 1) à assembler avec une couche réalisée par métallisation ( 4) avant de les disposer de façon orientée l'un par rapport à l'autre dans le moule creux ( 2). ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on stabilise par un ca- dre de maintien extérieur ( 5) les éléments de construction ( 1) assemblés par frittage. - ) Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'on effectue un revêtement du cadre de main- tien extérieur ( 5) avec une couche réalisée par métallisation ( 4) sur sa surface latérale intérieure avant son utilisation. 80) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on dispose dans le moule creux ( 2) une poudre ( 6) non susceptible de frittage avant de disposer des éléments de construction tubulaires à assembler ( 1), dans ce moule, et en ce qu'on enfonce dans la poudre ( 6) non susceptible de frittage les extrémités tubulaires ouvertes ( 7) des éléments de construction tubulaires en position de fixation. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on applique avant 11 frittage une feuille de brasage étanche aux gaz sur la couche ( 3) de poudre métallique mise en place. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise en tant que poudre métallique ( 3) un métal de frittage avec une dimension de particules de 150 i environ. ) Procédé selon l'une quelconque des re t vendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on met la poudre mé- tallique ( 3) en suspension dans un liquide organique avant son introduction dans le moule et on l'introduit sous forme de bouillie dans le moule creux ( 2). 12 ) Bloc échangeur de chaleur, caractérisé en ce que les tubes échangeurs de chaleur individuels ( 1) sont assemblés rigidement par un corps fritté ( 3).