Brevet FR2564536A1 — publié le 19851122

La présente invention concerne un procédé d'assem- blage de deux pièces de révolution coaxiales, applicable plus particulièrement 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 à chaud, pour créer ce que l'on appelle un "doigt de gant", sur une presse et ensuite on étire ce doigt de gant de manière à former un corps tubulaire présentant un fond courbe à l'une de ses extrémités et ouvert à l'autre. Ce fond est projeté en fin de course sur une matrice pour lui donner une forme concave vers l'extérieur. On procède ensuite à uneopération de fermeture de l'extrémité opposée au fond par rétrécissement progressif de la section droite.A cet effet on réchauff-e l'embout du corps tubulaire à 6000 environ puis soumet cet embout a une pression radiale, orientée en direction de l'axe, pour déformer progressivement la paroi et obtenir finalement une ogive. Un tel procédé présente h l'évidence un certain nombre di'nconvénients. En premier lieu le cycle de production est extrêmement lent. En outre, il entraîne une dépense importante d'énergie: en en effet il est nécessaire de chauffer le bloc de métal au départ è une température d'environ 13000, pour le transformer en "doigt de gant", et à la fin du cycle de travail, il est encore nécessaire de préchauffer la partie extrême du corps tubulaire à une température de 6000C environ, avant de commencer l'opération de réductiori de la section droite.Egalement un tel procédé exige l'utilisation d'acier de haute résistance au chrome molybdène, pour soutenir toute l'élaboration technique des diverses sections de travail et cet acier exige, à la fin du cycle de fabrication, des opérations de traitement thermique régulières à 13000, suivies d'une trempe à l'huile et d'un recuit à 6000C, pour obtenir finalement lels caractéristiques nécessaires du métal et notamment sa tenue à très haute pression. Il est è 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'ogivale est réalisé à la partie supérieure comme dans le procédé précédent. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un procédé d'une mise en oeuvre consi dérablement 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, à savoir une pièce tubulaire et une pièce transversale ou sensiblement transversale de forme circulaire et de diamètre externe égal au diamètre interne de la pièce tubulaire, est caractérisé en ce qu'on utilise, pour réaliser l'assemblage, un anneau comportant une col levrette transversale annulaire interne et une jupe longitudinale cylindrique de diamètre interne égal à celui de la pièce tubulaire, de longueur, sur sa face interne, inférieure à l'épaisseur de la surface latérale de la pièce transversale,une gorge annulaire étant formée dans l'angle droit interne de raccordement de la collerette et de la jupe de l'anneau, on applique cet anneau autour de la pièce transversale de manière que sa collerette annulaire vienne en contact avec la face frontale externe de la pièce transversale et que sa jupe cylindrique vienne en contact avec et entoure la surface latérale de cette pièce, et on engage la pièce tubulaire autour de la pièce transversale de manière que se face frontale vienne en contact avec la face frontale de la jupe de de l'anneau, et on fait tourner les deux pièces et l'anneau, les uns par rapport aux autres, autour de leur axe commun, tout en exerçant une poussée axiale entre l'anneau et la pièce tubulaire, de manière à provoquer un échauffement du métal dans les zones soumises à un frottement relatif et par conséquent un fluage du métal dans la gorge de 11 anneau et vers l'extérieur, fluage donnant lieu, après une nouvelle poussée extérieure radiale sur l'anneau, à un soudage par friction. Le procédé suivant l'invention permet d'augmenter d'une façon importante la sécurité des réservoirs haute pression dont les points faibles connus actuellement sont les points d'ogivage et le point de raccordement du cylindre au fond. Il permet en outre une simplification consi dérable des procédés actuels en assemblant en un temps très court des pièces élémentaires fabriquées en glande série et diminuant ainsi fortement le prix de revient direct avec des techniques parfaitement connues et mattrisées. On décrira ci-après,è titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figura 1 est une demi-vue en coupe axiale schéms- tique des deux pièces de révolution et de l'anneau devant être assemblés par le procédé suivant l'invention, les deux pièces et l'anneau étant écartés les uns des autres, dans la direction de leur axe commun, avant l'opération d'accostage. La figure 2 est une demi-vue en coupe axiale des trois pièces peu après l'opération de friction. Ce procédé suivant l'invention dont les différentes phases sont illustrées sur les figures l-et 2, est destiné à assembler deux pièces de révolution 1 et 2, ayant un axe commun xx'. La pièce transversale 2 peut être constituée, par exemple, par le fond circulaire d'une bouteille ou d'un récipient haute pression, tandis que l'autre pièce tubulaire 1 est alors constituée par le corps de la bouteille ou du récipient devant être rendu solidaire du fond 2. L'assemblage des deux pièces 1 et 2 est réalisé au moyen d'une troisième pièce 3 constituée par un anneau qui comporte une collerette annulaire transversale interne 4 et une jupe longitudinale cylindrique 5 de diamètre interne égal à celui de la pièce tubulaire 1 lequel est lui-même égal au diamètre externe de la pièce transversale 2. La longueur de la face interne Sa de la jupe longitudinale cylindrique 5 est choisie de manière à être inférieure à l'épaisseur e de la surface latérale Zcde la pièce transversale 2 si bien que cette face interne Sa ne s'étend pas au delà de la pièce transversale2 lorsque l'anneau 3 est plaqué contre cette pièce transversale 2.. La jupe cylindrique 5 est par ailleurs terminée par une face frontale 5b, de forme tronconique, d'inclinaison a par rapport à l'axa commun xx'.De la même .façon la pièce tubulaire 1 se termine par une face frontale la, de forme tronconique, inclinée du même angle a et dans le même sens que celui de la face frontale 5b de la jupe cylindrique 5. Par ailleurs dans l'anneau 3 est ménagée une gorge annulaire 6 laquelle est située dans 11 angle droit interne de raccordement de la collerette 4 et de la jupe 5, c'està-dire dans l'angle droit formé par la face transversale interne 4a de la collerette 4 et la face cylindrique interne Sa de la jupe 5. Pour réaliser l'assemblage des deux pièces 1 et 2, au moyen de l'anneau 3, on engage cet anneau 3 de manière qu'il entoure la pièce transversale 2, la face transversale interne 4a de se collerette 4 venant en contact avec la face frontale externe 2a de la seconde pièce 2 et la face interna cylindrique Sa de la jupe 5 venant au contact de la surface latérale 2c de la pièce transversale 2, sur une partie de la longueur de celle-ci.On engage également la partie extrême de la pièce tubulaire 1 autour de la pièce transversale 2 de manière que la face frontale tronconique la de cette pièce 1 vienne en contact avec la face frontale tronconique 5b, de même inclinaison, de la jupe cylindrique 5, la face interne cylindrique lb de la pièce tubulaire 1 venant également en contact avec une partie de la surface latérale 2c de la pièce transversale 2. On fait ensuite tourner, autour de l'axe commun xx' les trois pièces 1, 2, 3 de manière que ces pièces glissent d'un mouvement relatif entre elles, à des vitesses différentes en créent ainsi des zones de friction. Une première zone de friction existe entre le face transversale interne 4a de la collerette 4 et la face frontale externe 2a de la pièce 2, une autre zone de friction apparaît entre la face interne cylindrique Sa de la jupe 5 et une partie de la surface latérale 2c de la pièce 2, une troisième zone de friction se trouve à l'endroit du contact entre la partie extrême de la face interne cylindrique lb de la pièce tubulaire 1 et le reste de la surface latérale 2c de la pièce transversale 2, et une quatrième zone de friction existe au contact des deux faces frontales tronconiques5b et le des deux pièces 2 et 1.Par suite des glissements relatifs des pièces dans ces zones de friction, il se produit un échauffement du métal et un fluage de celui-ci qui forme plusieurs lèvres refoulées. Une première lèvre 7 qui est refoulée dans la gorge 6 de l'anneau 3, est due au métal provenant des première et deuxième zones de friction, une deuxième lèvre 8 qui est refoulée dans l'espace délimité par la collerette 4, provient de la première zone de friction, une troisième lèvre 9 qui est refoulée dans l'angle formé par la face frontale interne 2b de la pièce transversale 2 et la face interne lb de la piècetubulaire 1 provient de la troisième zone de friction, tandis qu'une quatrième lèvre 10 qui est refoulée à l'extérieur de la jupe 5 et de le pièce tubulaire 1, à l'endroit du raccordement de leurs faces frontales la et 5b, provient de la friction exercée dans cette quatrième zone. Pendant les rotations relatives des trois pièces 1, 2, 3 on effectue une poussée axiale indiquée par les flèches P1 sur la figure 2, entre la pièce tubulaire 1 et l'anneau 3, et une poussée radiale, indiquée par les flèches P2, sur la jupe 5 de l'anneau 3, en direction de l'axe xx'. A la fin de l'opération de soudage par friction des trois pièces 1, 2, 3, il suffit d'éliminer, par tout moyen connu, les livres refoulées 9 et 10 pour obtenir un assemblage particulièrement résistant aux hautes pressions. REVENDICATIONS l.Procédé d'assemblage de deux pièces de révolution coaxiales, à savoir une pièce tubulaire et une pièce transversale ou sensiblement transversale de forme circulaire et de diamètre externe égal au diamètre interne de la pièce tubulaire, caractérisé en ce qu'on utilise, pour réaliser l'assemblage, un anneau (3) comportant une collerette transversale annulaire interne (4) et une jupe longitudinale cylindrique (5) de diamètre interne égal à celui de la pièce tubulaire (1), de longueur, sur sa face interne (5a), inférieure à l'épaisseur de la surface latérale (2c) de la pièce transversale (2),une gorge annulaire (6) étant formée dans l'angle droit interne de raccordement de la collerette (4) et de la jupe (5) de l'anneau (3), on applique cet an neau (3) autour de la pièce transversale (2) de manière que sa collerette annulaire (4) vienne en contact avec la face frontale externe (2a) de la pièce transversale (2) et que sa jupe cylindrique (5) vienne en contact avec et entoure la surface latérale (2c) de cette pièce (2), et on engage la pièce tubulaire (1) autour de la pièce transversale (2) de manière que sa face frontale (la) vienne en contact avec la face frontale (5b) de la jupe (5) de l'anneau, et on fait tourner les deux pièces (1, 2) et l'anneau (3), les uns par rapport aux autres, autour de leur axe commun (xx'), tout en exerçant une poussée axiale (P1) entre l'anneau (3) et la pièce tubulaire (1), de manière à provoquer un échauffement du métal dans les zones soumises à un frottement relatif et par conséquent un fluage du métal dans la gorge (6) de l;anneau (3) et vers l'extérieur, fluage donnant lieu, après une nouvelle poussée radiale (P2) sur l'anneau (3)d un soudage par friction. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce tubulaire (1) et la jupe (5) se terminent par des faces frontales respectives (la,5b) tronconiques de même angle d'inclinaison.