Brevet FR2544806A1 — publié le 19841026

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces de révolution coaxiales, applicable plus particulibrement mais non exclusivement à la fabrication de bouteilles ou réservoirs haute pression, ainsi que les articles obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé. Jusqu'à présent la fabrication de bouteilles ou de réservoirs cylindriques haute pression est réalisée en partant de blocs de métal que l'on déforme a chaud , pour crier ce que l'on appelle un 1t doigt de gant", sur une presse et ensuite on étire ce doigt de gant de manière b former un corps tubulaire présentant un fond courbe à l'une de ses extrémités et ouvert b l'autre. Ce fond est projeté en fin de course sur une matrice pour lui donner une forme concave vers l'extdrieur. On procédé ensuite à une opération de fermeture de l'extrémité opposée au fond par rétrécissement progressif de la section droite.A cet effet on réchauffe l'embout du corps tubulaire h 600 environ puis soumet cet embout à une pression radiale, orientée en direction de l'axe, pour déformer progressivement la paroi et obtenir finalement une ogive. Un tel procédé présente à l'évidence un certain nombre d'inconvénients. En premier lieu le cycle de production est extrêmement lent. En outre, il entraîne une dépense importante d'énergie en effet il est nécessaire de chauffer le bloc de métal au départ h une température d'environ 13u00, pour le transformer en "doigt de gant", et h la fin du cycle de travail, il est encore nécessaire de préchauffer le partie extrdme du corps tubulaire h une température de 600C environ, avant de commencer l'opération de réduction de le section droite.Egalement un tel procédé exige l'utiliaison d'acier de haute résistance au chrome molybdène, pour soutenir toute l'élaboration technique des diverses serions de travail et cet acier exige, à la fin du cycle de fabrication, des opérations de traitement thermique régulibres b 13009, suivies d'une trempe è l'huile et d'un recuit à 6004C, pour obtenir finalement les caractéristiques nécessaires du métal et notamment sa tenue à très haute pression.Il est à noter également que ce procédé exige une manutention importante des pièces entre les divers postes où les phases individuelles sont effectuées à savoir au départ le chauffage, puis le perçage, puis le tréfilage et enfin l'ogivage. Les phases successives précitées du procédé connu exigent une installation s'étendant sur une très grande longueur, d'environ 200 mètres, dans de grandes halles avec d'énormes investissements inamortissables dans la conjoncture actuelle, des manutentions multiples de milliers de tonnes d'acier et de très grandes dépenses d'énergie. Une alternative de production est constituée à ce jour par le second procédé courant qui consiste dans le "forgeage"d'un tube ou d'une partie de tube, réalisant la fermeture du fond par modification progressive de cette partie du tube pour réaliser la solidité nécessaire aux hautes pressions. L'ogivage est réalisé à la partie supérieure comme dans le procédé précédent La présente invention vise à remédier a ces inconvénient en procurant un procédé d'une mise en oeuvre considérablement simplifiée et permettant d'obtenir des pièces finales assemblées d'un faible prix de revient. A cet effet ce procédé d'assemblage de deux pièces de révolution coaxiales, de meme diamètre dans leur zone d'assemblage, présentant respectivement des faces frontales annulaires le long desquelles doit être réalisé l'assembla- ge, est caractérisé en ce que l'on forme, dans la face frontale d'une première pièce, un logement annulaire délimité transversalement par une surface d'accostage constituant un épaulement dans le fond du logement annulaire et, longitudinalement, par une surface cylindrique de diamètre sensiblement égal au diamètre de la seconde pièce, on forme éga- lement, dans le logement annulaire de la première pièce, une gorge annulaire coaxiale inclinée par rapport à l'axe dont une paroi est issue de lSarete circulaire de raccordement de la surface d'accostage et de la surface cylindrique et dont l'autre paroi en regard se raccorde à la surface cylindrique à distance de ladite arête circulaire7 on applique ensuive la surface d'accostage annulaire et transversale de la sew conde pièce contre la surface d'accostage annulaire et transversale de la première pièce, on fait tourner, autour de leur axe longitudinal commun, l'une des première et seconde pièces par rapport à l'autre, de manière à provoquer une friction relative entre les deux surfaces d'accostage, friction qui provoque la pénétration de la livre ourlée, résultant de la friction des deux surfaces d'accostage, dans la gorge inclinée de la première pièce, et on termine l'assemblage par une opération de forgeage dans laquelle une partie plus importante du métal échauffée par suite de la friction flue dans la gorge inclinée pour remplir cette dernière. On enlève ensuite l'autre lèpre ourlée formée à l'opposé b la lèvre engagée dans la gorge inclinée, immédiatement après l'opération de forgeage, c'est-à-dire tant que le métal constituant cette autre lèvre est encore chaud ou éventuellement on réalise un conreforgeage (partiel) destiné b compléter le reflux du métal vers l'intérieur des piècess confortant ainsi la tenue de l'assemblage. On peut considérer ainsi qu'il s'agit de l'obtention d'un véritable "rétreint" du tube mais intégré par forgeage dans les pièces de fermeture du tube. Cela permet ainsi d'augmenter d'une façon importante la sécurité de ces réser- voirs haute pression dont les points faibles connus actuellement sont les points d'ogive et le point de raccordement du cylindre au fond. Le procédé selon l'invention permet une simplification considérable des procédés actuels en assemblant en un temps très court des pièces élémentaires fabriquées en grande série et diminuant ainsi fortement le prix de revient direct avec des techniques parfaitement connues et maftri- sues. On décrira ci-après,à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe axiale schématique des deux pièces devant être assemblées par le procédé suivant l'invention, les deux pièces étant écartées l'une de l'autre, dans la direction de leur axe commun, avant l'opé- ration d'accostage. La figure 2 est une demi-vue en coupe axiale des deux pièces peu après l'accostage et le début de l'opération de friction. La figure 3 est une demi-vue en coupe axiale des deux pièces après la fin de l'opération de friction et de l'opération de forgeage. La figure 4 est une demi-vue en coupe axiale des deux pièces assemblées après l'opération finale d'ébavurage. La figure 5 est une vue en coupe axiale des trois pièces destinées à constituer une bouteille ou un réservoir à haute pression pouvant être fabriqués par le procédé suivant l'invention, les trois pièces étant représentées écartées les unes des autres, avant le début du procédé d'as semblage. La figure 6 est une demi-vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du procédé dans laquelle deux pièces tubulaires coaxialessont assemblées avec un & e fond transversal. La figure 7 est une demi-vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du procédé dans laquelle la gorge ména- gée dans le fond est inclinée vers l'extérieur. Le procédé suivant l'invention dont les différentes phases sont illustrées sur les figures 1 à 4, est destiné à assembler deux pièces de révolution 1 et 2, ayant un axe commun xx'. La premièrepièce 1 peut être constituée, par exemple, par le fond circulaire d1 une bouteille ou d'un récipient haute pression, tandis que l'autre pièce 2 est alors constituée par le corps tubulaire devant dtre rendu solidaire du fond 1.Les deux pièces 1 et 2 se terminent par des faces frontales annulaires en regard Dans la face front tale du fond 1 est formé prélablement un logement annulaire 3 qui est délimité, transversalement, par un épaulement annulaire 4 constituant une surface d'accostage du fond 19 et, longitudinalement, par une surface cylindrique 3 d'axe xx' et qui dans ce cas a un diamètre sensiblement égl au diamètre interne du corps tubulaire 2. Le diamètre externe de ce corps tubulaire 2 est lui égal au diamètre externe du fond 1. Dans le logement annulaire 3 est également formée préalablement une gorge annulaire 6 inclinée par rapport à l'axe xx' et en direction de cet axe, dans ce cas particulier. Cette gorge annulaire 6 est délimitée par une première paroi 7 sensiblement tronconique issue de l'arête circulaire 8 de raccordement de la surface d'accostage 4 et de la surface cylindrique 5 du logement 3. L'autre paroi 9, en regard de la précédente9 de la gorge 6 a également une forme sensiblement tronconique et elle se raccorde à la surface cylindrique 5 suivant une arête circulaire 11 séparée de l'arête circulaire 8 d'une distance appropriée dans le sens longitudinal. Une fois le fond 1 conformé préalablement de la manière illustrée sur la figure 1, on applique la surface frontale annulaire 12 du corps tubulaire 2, qui constitue se surface d'accostage, contre le surface d'accostage annulaire correspondante 4 du fond 1, les deux surfaces d'accostage 4 et 12 ayant les mêmes diamètres internes et externes.Ensuite on fait tourner l'une des pièces 1 et 2, par exemple le corps tubulaire 2, par rapport à l'autre pièce, c'est h-dire le fond 1, maintenu immobile, comme il est illustré sur la figure 2. Pendant cette rotation le corps tubulaire 2 est appliqué légèrement sous pression axiale contre le fond 1 et par suite de la friction apparaisant entre les deux surfaces d'accostage 4 et 12, il se produit, à cet endroit, un échauffement du métal du corps tubulaire 2 et un fluage de ceiuioci vers l'intérieur et vers l'extérieur. Ce fluage donne lieu à une lèvre ourlée interne 13 qui pénètre pro gressivement, au cours de l'opération de friction, dans la gorge inclinée 6 et également à une lèvre ourlée externe 14 qui se développe progressivement vers l'extérieur. Lorsque la livre ourlée interne 13 obtenue par friction a atteint une grandeur suffisante, on procède a une opération de forgeage en appliquant une très forte pression axiale au corps tubulaire 2, en direction du fond 1. Cette opération de forgeage permet de faire fluer dans la gorge 6 une partie plus importante du métal qui s'est trouvé échauffé par suite de l'opération de friction, ce métal chaud remplissant alors la totalité de la gorge 6 comme il apparait sur la figure 3. Tout de suite après on procède b une élimination de la lèvre ourlée externe 14, par ébavurage, pour obtenir finalement les deux pièces 1 et 2 assemblées d'une façon parfaite, par imbrication mutuelle, comme il est illustré sur la figure 4. Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour la fabrication de n'importe quel corps creux de révolution et notamment de bouteilles et réservoirs b haute pression. La figure 5 illustre la façon dont un réservoir haute pression peut être fabriqué au moyen de trois pièces assem- blées entre elles à savoir un fond inférieur 1 qui peut être convexe ou concave, un corps tubulaire 2 formant une virole intermédiaire et une ogive supérieure 3. Le corps tubulaire 2 est raccordé au fond 1 par friction comme il a été décrit précédemment et il est également assemblé avec l'ogive supérieure 15, le long de se surface d'accostage supérieure 16 de la même façon. La figure 6 illustre l'assemblage, avec le fond 1, d'une paroi tubulaire interne additionnelle 17 délimitant avec le corps tubulaire externe 2, un volute intermédiaire 18 pouvant servir d'enceinte contenant un gaz liquéfié pour assurer la réfrigération du produit contenu à l'intérieur du réservoir ainsi obtenu. La figure 7 illustre une variante d'exécution du procédé suivant l'invention dans laquelle le fond 1 présente une gorge 19 inclinée vers 1 l'extérieur et qui est formée dans une surépaisseur annulaire 21 du fond 1. Dans ce cas, le logement annulaire délimité par la surface d'accostage 4 est prévu sur la périphérie interne du fond 1 et il est délimité par une surface cylindrique 22 dont le diamètre correspond au diamètre eterne du corps tubulaire 20 REVENDICATIONS 1.- Procéda d' assemblage de deux pièces- de révolution coaxiales, de même diamètre dans leur zone d'assemblage, présentant respectivement des faces frontales annulaires le long desquelles doit être réalisé l'assemblage, est caractérisé en ce que l'on forme, dans la face frontale d'une première pièce (1), un logement annulaire (3) délimité transversalement par une surface d'accostage (4) constituant un épaulement dans le fond du logement annulaire et, longitudinalement, par une surface cylindrique (5) de diamètre sensiblement égal au diamètre de la seconde pièce, on forme également, dans le logement annulaire de la première pièce, une gorge annulaire coaxiale (6, 19) inclinée par rapport à l'axe dont une paroi (7) est issue de l'arête circulaire (8) de raccordement de la surface d'accostage (4) et de la sur face cylindrique (5) et dont l'autre paroi en regard (9) se raccorde h la surface cylindrique (5) à distance de ladite arête circulaire (8), on applique ensuite la surface d'accostage annulaire et transversale (12) de la seconde pièce (2) contre la surface d'accostage annulaire et transversale de la première pièce (1), on fait tourner, autour de leur axe longitudinal commun (xx'), l'une des première et seconde (1, 2) pièces par 'rapport à l'autre, de manière à provoquer une friction relative entre les deux surfaces d'accostage (4, 12), friction- qui provoque la pénétration de la lèvre ourlée (13), résultant de la friction des deux surfaces d'accostage, dans la gorge inclinée (6, 19) de la première pièce (1) , et on termine l'assemblage par une opération de forgeage dans laquelle une partie plus importante du métal échauffée par suite de la friction flue dans la gorge inclinée (6, 19) pour remplir cette dernière 2; ;- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la gorge (6) de la première pièce (1) est inclinée vers l'intdrieur, ctest-b-dire en direction de l'axe commun (xx'), et la surface cylindrique (5) a un diamètre égal au diamètre interne de la seconde- pièce (2) 30- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la gorge (19) de la première pièce (1) est inclinée vers l'extXrieur et la surface cylindrique (22) a un diamètre égal au diamètre externe de la seconde pièce (2). 4.- Article fabriqué par la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3.