Brevet FR2530982A1 — publié le 19840203

Ustensible de cuisson pour cuisine et procédé de fabri- cation de cet ustensile" L'invention concerne un ustensile de cuis- son pour cuisine, ainsi que le procédé de fabrication de cet ustensile. Les ustensiles de cuisine à revêtement d'alu- minium sont bien connus Le brevet U S A No 2 171 040 décrit, par exemple, un procédé de production de bandes d'acier inoxydable recouvertes d'aluminium qui sont en- suite coupées et embouties pour former l'ustensile de cuisine La fabrication d'un ustensile de cuisine par le procédé selon ce brevet, nécessite que la totalité de la surface extérieure de l'ustensile soit recouverte par la couche d'aluminium. Le brevet U S A nc 3 173 202 décrit un us- tensile de cuisine dont le fond seul est recouvert d'une couche d'aluminium Le brevet U S A N O 3 173 202 décrit l'application d'une projection d'aluminium sur la surface de fond de l'ustensile-en acier inoxydable, un disque d'alu- minium étant ensuite soudé à la projection d'aluminium. L'appareil permettant d'appliquer la projec- tion d'aluminium est coûteux et bruyant Du fait du bruit provoqué par cet appareil, il faut insonoriser le poste de projection pour protéger les ouvriers L'utilisation d'une projection d'aluminium nécessite de prévoir une étape de finition supplémentaire pour éliminer l'excès d'aluminium 2.projeté. L'invention a pour but de pallier les incon- vénients ci-dessus en créant un ustensile de cuisine en acier inoxydable dont le fond seul est recouvert d'un die- que d'aluminium soudé, mais sans mise en oeuvre d'une pro- jection d'aluminium comme dans le cas du brevet ci-dessus. Il a été constaté qu'il est possible de supi- primer l'étape de projection d'aluminium tout en obtenant une soudure plus uniforme de l'ustensile, permettant à son tour un meilleur transfert de chaleur et un chauffage plus rapide des aliments, l'ustensile pouvant, en outre, être fabriqué avec des coûts moins élevés et des cadences de production plus élevées Il a été également constaté que, pour supprimer la projection d'aluminium, il fallait changer le procédé de chauffage du disque et de l'ustensi- le, changer la température de chauffage du disque seul, augmenter la pression de soudure du disque à l'ustensile, et, de préférence, chauffer séparément l'ustensile et le disque. Compte tenu de ces éléments, l'invention a pour but de créer un ustensile de cuisine nouveau et per- fectionné, ainsi qu'un procédé nouveau de fabrication de cet ustensile L'invention a donc pour but de créer un us- tensile de cuisine en acier inoxydable et aluminium, per- mettant des cadences de fabrication plus élevées et présen- tant une soudure plus solide et plus uniforme conduisant à un chauffage plus rapide des aliments. L'invention a également pour but de créer un procédé de fabrication de l'ustensile de cuisine sans utilisation d'une projection d'aluminium, cet ustensile en acier inoxydable étant mis en forme avant d'être soudé à un disque d'aluminium. L'invention a encore pour but de créer un procédé nouveau de fabrication de l'ustensile de cuisine tirant parti des températures de ramollissement différentes 3.- de l'aluminium et de l'acier inoxydable. A cet effet, l'invention concerne un usten- sile de cuisson pour cuisines comprenant un ustensile en acier inoxydable dont la paroi de fond est reliée à la paroi latérale partant vers le haut par une partie courbe, un disque en aluminium étant soudé à la paroi de fond, us- tensile de cuisine caractérisé en ce que le disque en alu- minium est directement soudé métallurgiquement à la paroi de fond et à la partie courbe, par un interface de type à blocage par cannelures. L'invention concerne également un procédé de fabrication de cet ustensile de cuisine comprenant les différentes étapes consistant à nettoyer une surface d'un ustensile-en acier inoxydable et d'un disque en métal t plus mou que l'acier, à chauffer l'ustensile et à souder le disque à l'ustensile, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer séparément l'ustensile et le disque, de manière à éviter les points chauds, jusqu'à ce que la température de l'ustensile soit comprise entre 4300 et 65000 et celle du disque entre 2600 et 400 o 0, à placer le disque chauffé de façon que sa surface nettoyée recouvre et vienne en contact direct avec la surface nettoyée de l'ustensile, et à souder ces surfaces directement l'une à l'autre par application d'une pression au disque et à l'us- tensile chauffés. L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins joints dans lesquels: s la figure 1 est un schéma par blocs des différentes étapes du procédé selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe d'un us- tensile de cuisson de cuisine, selon l'invention, la figure 3 est une vue de détail, à plus grande échelle, de l'ustensile et du disque, juste avant l'application de la pression destinée à effectuer une soudures 4,- la figure 4 est une vue de détail, à plus grande échelle, de l'interface indiqué en figure 2, la figure 5 est une vue de côté en éléva- tion, d'un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, la figure 6 est une vue de dessus, en plan, de l'appareil de la figure 5, la figure 7 est une vue de c 8 té, en éléva- tion, de l'appareil selon l'invention, mais du c 8 té opposé à celui de la figure 5, la figure 8 est une vue en coupe, suivant la ligne 8-8 de la figure 5, la figure 9 est une vue en coupe, suivant la ligne 9-9 de la figure 5, la figure 10 est une vue en coupe suivant la ligne 10-10 de la figure 5. En se référant dans le détail aux dessins oh les m 9 mes éléments sont repérés par les m 4 mes références, la figure 2 représente un ustensile de cuisine selon l'in- vention, repéré dans son ensemble par la référence 10. La figure 1 est un schéma par blocs de la séquence des principales étapes de fabrication de l'usten- sile de cuisine 10 comprenant un ustensile en acier inoxy- dable 12 sur le fond duquel est soudé un disque en alumi- nium 14 L'ustensile 12 peut présenter n'importe quelle for- me classique et n'est pas nécessairement constitué par une poole à frire comme illustré par les figures Le disque en aluminium 14 recouvre le fond de la poêle 12 et les parties courbes 16 reliant le fond de cette poêle à ses parties latérales Le disque en aluminium 14 est soudé directement au fond de l'ustensile 12 suivant un interface cannelé 18, comme indiqué en figure 4 Les cannelures présentent une longueur d'onde d'environ 5 à 15 microns et une profondeur d'environ 1 micron, la forme de ces cannelures leur permet- tant de bloquer le disque en aluminium sur l'ustensile Le 5.- disque et le fond de l'ustensile sont légèrement concaves en leur centre. Le disque en aluminium 14 est de préférence constitué par un alliage d'aluminium de type 1100 0. L'ustensile 12 est en acier inoxydable, quelconque, de la série 200 et 300, et de préférence, de la série 201. Le traitement chimique de l'acier inoxydable est 9 semble- t-il, le facteur le plus important de détermination de la profondeur des cannelures, des traitements thermiques et mécaniques permettant de contrôler la taille et la géomè- trie des cannelures L'espacement des cannelures correspond à la taille du grain et est obtenu par une attaque à l'aci- de de la surface granulée, la surface d'acier attaquée à l'acide est très intéressante sous trois aspects, Elle per- met d'obtenir une surface cannelée dans laquelle l'alumi- nium peut s'enfoncer pour bloquer ainsi les deux métaux l'un contre l'autre Elle fournit une surface de soudure relativement exempte d'oxyde, Elle permet enfin d'obtenir une surface à fort coefficient de frottement empêchant les risques de glissement latéral de l'aluminium pendant la soudure. L'acier inoxydable 201 est de préférence traité par recuit à l'air pendant environ 35 à 40 minutes par 25 mm d'épaisseur du métal, pour atteindre une taille de grain d'environ 5 à 15 microns, puis décapé électrolyti- quement dans une solution de H 2504 froid à 12 % et attaqué à l'acide à la limite du grain par de l'acide HNSO froid à 10 12 % et HP à-1 % La meilleure taille de grain est de l'ordre de 7 à 10 microns. L'épaisseur de l'aluminium varie avec le dia- mètre de l'ustensile Pour un ustensile en acier inoxyda- ble de diamètre inférieur à environ 20 cm, le disque en aluminium doit avoir une épaisseur d'environ 23 millimètres. Quand l'ustensile présente un diamètre supérieur à 20 cen- timètres environ, le disque en aluminium doit avoir une 6.- épaisseur d'environ 50 millimètres Quel que soit le dia- mètre de l'ustensile, l'épaisseur des parois latérales de celui-ci est de l'ordre de 6 millimètres Il a été cons- taté que, dans le cas de l'ustensile de cuisine réalisé selon l'invention, la solidité de la soudure entre le fond en acier inoxydable et le disque en aluminium était envi- ron le double de la solidité de la soudure obtenue par le procédé selon le brevet U S A n O 3 173 202. Les figures 5 à 10 représentent une forme d'appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention Un châssis 20 supporte un bloc de commande comprenant des commutateurs, des cadrans,' des jauges, etc Une plateforme 22 du châssis 20 supporte une table 24,des- tinée à tourner autour d'un axe vertical La table 24 pré- sente deux positions avec des arbres 26 et 28, diamètrale- ment opposés, comme le montrent les figures 8 et 10 Cha- que arbre est poussé vers le bas par un ressort et l'extré- mité supérieure de chacun de ces arbres est reliée à un porte-ustensile de cuisine Ainsi, l'arbre 28 est relié au porte-ustensile 30 et l'arbre 26 est relié au porte- ustensile 32 Dans la position illustrée en figure 10, le porte-ustensile 30 est placé au-dessous d'un appareil de chauffage à induction 34 dont la plage de températures se situe entre 5400 et 65000 et qui est réglé, de préférence à 5950 C. Un cylindre 36 est prévu directement au- dessous de l'arbre 28 lorsque celui-ci se trouve dans la position de la figure 10 Une tige de piston associée au cylindre 36 est destinée à être entra née vers le haut par la pression de fluide et à soulever ainsi le porte-ustensile pour le faire monter de la position en traits pleins à la position en pointillés de la figure 10 Quand le porte- ustensile se trouve dans la position en pointillés de la figure 10, l'ustensile qu'il supporte peut être chauffé par le four à induction 34 Avant d'être chauffé, l'usten- -2530982 7.- aile est nettoyé pour en retirer la graisse ou tout autre corps étranger. Un moteur électrique 38 est supporté par la table 24 de manière à se déplacer avec celle-ci La sortie du moteur 38 est reliée, par un arbre à clavette 399 à un engrenage 41 monté sur l'arbre 28 Quand le cylindre 36 est actionné pour faire monter le porte-ustensile 30, le moteur 29 est entraîné pour faire tourner'le porte-usten- sile La rotation de l'ustensile supporté par le porte- ustensile 30 pendant son chauffage par induction, permet d'éviter les points chauds Le pourtour extérieur de la table 24 comporte un engrenage 44 en prise avec un pignon 42 entra Iné par le moteur électrique 40, luimême supporté par la table 24 Le moteur 40 est excité par intermittence pour faire tourner la table 24 et les porte-ustensiles 309 32 lorsque l'action du cylindre 36 est arrêtée et lorsque l'ustensile 30 est revenu de la position en pointilleés à la position en traits pleins de la figure 10, Comme indiqué du cÈté gauche de la figure 5, un dispositif d'alimentation de disque est repéré d'une façon générale par la référence 46 Ce dispositif 46 com- porte un certain nombre de montants cylindriques verticaux 48 définissant un élément de retenue d'une pile de disques en aluminium 50 préalablement nettoyés pour éliminer la graisse et autres matières étrangères Un support, non re- présenté, maintient le disque supérieur 50 à une hauteur constante Une coupelle d'aspiration 52 est reliée par un conduit à une source d'aspiration, non représentée, et est supportée par un bras horizontal 49 partant de la tige de piston 54 Cette tige de piston 54 est reliée à un piston monté dans le cylindre 56 Ce cylindre 56 peut osciller autour de son axe longitudinal sous l'action du cylindre 58 relié à celui-ci par l'articulation 60 Cette oscilla- tion sous l'action du cylindre 56 facilite le mouvement du bras 49 entre la position en traits pleins et la posi- 8.e- tion en pointillés de la figure 6. Quand le bras 49 est dans la position re- présentée en pointillés en figure 6, la coupelle d'aspira- tion 52 est située directement au-dessus d'un plan incli- né 62 Un disque 50 supporté par la coupelle d'aspirationr 52 peut être lâché sur le plan incliné 62 sur lequel il glisse vers le bas jusqu'à une première butée 63 Lorsque la butée 63 est supprimée, le disque est stoppé par la bu- tée 65, ce qui l'amène directement au-dessous du four à induction 64, comme on peut le voir en figure 6. Le dispositif d'alimentation de disque 46 et la mise en oeuvre des butées de limitation, sont synchro- nisés avec le mouvement de la table 24 Un ustensile chauffé par induction sur le porte-ustensile 30 oscille pour venir dans une position l'amenant juste au-dessous du disque chauffé 50 maintenu par les doigts 67 Un micro- interrupteur destiné aux solénordes 69 est déclenché par la table 24 Ensuite, les doigts de support 67 du disque sont rétractés par des solénoïdes 69 pour permettre au disque 50 de tomber sur une courte distance de manière à venir directement sur le dessus de l'ustensile 12 Un écran de protection 66 est prévu pour assurer la sécurité. Dès que le disque 50 repose sur le dessus de la paroi de fond de l'ustensile 12, la température de ce disque 50 est portée à environ 430 O L'avantage ainsi ob- tenu est que le disque est supporté par l'ustensile avant d'atteindre la température de 4300 C pour laquelle ce disque est trop mou pour pouvoir 9 tre manipulé Le disque et l'us- tensile sont aussit 8 t retirés par un opérateur et placés sur l'enclume 70 d'une presse 68 placée un peu plus loin, à ine distance de l'ordre du mètre Ensuite, la platine 72 descend pour déformer le disque 50 et le souder sous une pression de l'ordre de 350 kg/cm 2 par une opération durant entre 0,5 et 2 secondes, de manière à réaliser l'ustensile de cuisine représenté en figure 2 La soudure métallurgique 9._ ainsi obtenue est caractérisée par l'interdiffusion d'une mince couche d'alliage des deux côtés opposés de l'interfa- ce porteur de cannelures non uniformes. Ensuite, l'ustensile de cuisine est refroidi à l'air de manière classique, Les étapes de finition sont supprimées ou réduites au minimum On peut, si cela est désiré, réaliser une finition de la surface d'aluminium pour lui donner l'apparence du métal brosséS La durée du cycle selon l'invention permet d'obtenir une plus grande cadence de production L'utilisation d'un chauffage à gaz, comme indiqué dans leart antérieur nécessite un temps de chauffage d'environ 20 minutes, tandis que les étapes de chauffage à induction selon 19 invention, ne nécessitent qu'environ 15 secondes, A l'inverse de l'art antérieur, l'invention utilise (une attaque de l'acier à l'acide, à limite de grain contrôl 6 e, de manière à obtenir une distribution aléatoire de cannelures ou de rainures très serrées dans lesquelles l'aluminium plus mou est poussé de force pendant le proces- sus de soudure Le mouvement local de l'aluminium est suf- fisant pour rompre le film d'oxygène ou d'oxyde absorbé, ce qui facilite l'obtention d'une soudure très solide, à la fois continue et non poreuse Un test de séparation a con- duit à une fracture ductile de l'aluminium au lieu d'une séparation à l'interface Une soudure métal contre métal plus solide est obtenue sans réduction significative de l'épaisseur ou de l'étalement latéral du disque en alumi- nium. 10.- RE.VENDICAT IONS 1. Ustensile de cuisson pour cuisine, com- prenant un ustensile en acier inoxydable dont la paroi de fond est reliée à la paroi latérale partant vers le haut par une partie courbe, un disque en aluminium étant soudé à la paroi de fond, ustensile de cuisine caractérisé en ce que le disque en aluminium ( 14) est directement soudé métal- lurgiquement à la paroi de fond ( 12) et à la partie courbe ( 16), par un interface ( 18) de type à blocage par cannelu- res. 2. Ustensile de cuisine selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte un alliage d'acier inoxydable et d'aluminium des deux c 8 tés opposés de l'in- terface. 3 Ustensile de cuisine selon l'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface principale exposée du disque est concave en son centre. 4. Ustensile de cuisine selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'in- terface cannelé est défini par des cannelures formées dans la paroi de fond de l'ustensile en acier inoxydable. 5. Ustensile selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que les cannelures sont définies par des limites de grain attaquées à l'acide, présentant une taille de grain de 5 à 15 microns sur la totalité des surfaces de contact entre l'ustensile en acier et le disque en aluminium. 6. Procédé de fabrication d'un ustensile de cuisine selon l'une quelconque des revendications 1 à , comprenant les différentes étapes consistant à nettoyer une surface d'un ustensile en acier inoxydable et d'un dis- que en métal plus mou que l'acier, à chauffer l'ustensile et à souder le disque à l'ustensile, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer séparément l'ustensile et 11. le disque, de manière à éviter les points chauds, Jusqu'à ce que la température de l'ustensile soit comprise entre 430 et 650 C 00 et celle du disque entre 260 et 40000 C 9 placer le disque chauffé de façon que sa surface nettoyée recouvre et vienne en contact direct avec la surface net- toyée de l'ustensile, et à souder ces surfaces directement l'une à l'autre par application d'une pression au disque et à l'ustensile chauffés. 7. Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que l'étape de chauffage de l'ustensile con- siste à chauffer simplement la paroi de fond de celui-ci. 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 6 et 7, comprenant l'étape consistant à amener mécaniquement les disques en aluminium à un poste ok ils sont chauffés, procédé caractérisé en ce que l'étape de mise en place consiste à laisser tomber le disque chauffé sur le dessus de la paroi de fond chauffée de l'ustensile. 9. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'étape de chauf- fage consiste à chauffer la paroi de fond de l'ustensile à une température d'environ 595 C 00, et le disque à une tem- pérature d'environ 315 à 37000, en utilisant des fours à induction séparés pour le disque et l'ustensile. 10. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'on fait tourner l'ustensile pendant son chauffage. 11. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 10 caractérisé en ce que la soudure est obtenue par une application de pression unique durant moins de 2 secondes. 12. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 11, caractérisé en ce que l'étape d'appli- cation de pression fait pénétrer de force l'aluminium dans les cannelures de l'acier inoxydable. 13 Procédé-selon l'une quelconque des re- 12.- vendications 6 à 12, caractérisé en ce qu'on fait monter la température du disque jusqu'à environ 430 O en le posant sur l'ustensile avant l'étape de soudure. 14. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) attaquer l'acier à l'acide avant de former l'ustensile, de manière à découper de façon contrôlée les limites de grain, b) placer le disque en aluminium sur l'ustensile en acier dans une presse, de façon que les surfaces de ces deux éléments soient en contact direct, et porter la tempéra- ture entre 370 et 510 00 tout en appliquant un choc au moyen d'un outil mobile venant en contact avec l'alumi- nium pour pousser de force la surface de celui-ci dans les limites de grain découpées à l'acide.