Brevet FR2602444A1 — publié le 19880212

La présente invention concerne un procédé et un appareil destinés à maintenir une atmosphère pratiquement inerte autour d'objets et plus précisément elle concerne un procédé et un appareil destinés à maintenir 5 deux surfaces qui doivent être chauffées par induction puis soudées par application l'une contre l'autre, dans une atmosphère pratiquement inerte. La présente invention met en oeuvre un capot en deux parties qui entoure les surfaces à souder de deux 10 organes qui doivent être soudés l'un sur l'autre, dans des conditions pratiquement dépourvues d'oxygène. Un gaz inerte est dirigé avec un volume élevé et une pression relativement faible dans la partie amont du capot et s'écoule d'abord dans une série de plaques perforées 15 séparées par des patins de mousse de caoutchouc avant de pénétrer dans une seconde chambre ayant un élément en nid d'abeilles établissant un écoulement laminaire du gaz inerte, assurant l'expulsion de tout l'air se trouvant en amont du nid d'abeilles. Le courant laminaire de 20 gaz inerte pénètre alors dans une chambre de logement de pièceset retire rapidement l'air qui peut entourer les surfaces soudables et évacue l'air et le gaz inerte par l'intermédiaire de patins de mousse de caoutchouc fendus au centre ou analogues qui permettent l'introduction 25 d'une bobine de chauffage par induction dans la chambre contenant les pièces et l'extraction des bobines de cette chambre. Le gaz inerte pénètre par une première extrémité du capot avec un débit volumique d'environ 4,25 m3/min, à une pression manométrique de 0,14 à 0,35 bar, afin qu'il crée une surpression destinée à chasser l'air par l'autre extrémité du capot. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur 35 lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'un appareil selon l'invention, représentant schématiquement une bobine d'induction en position de chauffage de surfaces à souder, en traits pleins, et en position de repos, hors du capot, en traits mixtes; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1; et la figure 4 est une élévation frontale représentant le capot en trois parties, sa partie inférieure étant retirée de la partie supérieure et des différents 10 organes lorsque ceux-ci ont été soudés. Le mécanisme 10 de réglage d'une atmosphère inerte (figures 1 à 4) selon l'invention est associé à un ensemble 11 de soudage par chauffage par induction et application d'une pression (seule une partie est 15 schématiquement représentée). Le mécanisme 10 de réglage comporte un capot 12 en trois éléments qui entoure les parties adjacentes d'extrémités des deux organes 14, 16 (figures 3 et 4) à souder par chauffage par induction et soudage par compres20 sion. Le capot a une partie supérieure ou amont 18 et une partie inférieure 20, la partie inférieure ayant deux moitiés en L. La partie inférieure 20 est raccordée à la partie supérieure par coopération par friction et les deux moitiés sont maintenues en coopération prati25 quement étanche avec les deux organes 14, 16 qui doivent être chauffés puis soudés par application d'une pression. La partie supérieure 18 a un boîtier 22 d'entrée de forme tronconique qui délimite une chambre 24 d'entrée d'air qui reçoit le gaz inerte d'un conduit 26 et le 30 dirige dans une chambre 28 de redressement du courant puis dans une chambre 30 de traitement ou de soudage qui est partiellement formée par la partie inférieure 20. Le capot 12 a une paroi supérieure 31 comportant des gorges et des parois avant et arrière opposées 32, 34 35 formées d'un matériau transparent tel que le "Plexiglas", ayant des gorges 36, 38, 40 et 42 (figure 2) qui coopèrent avec des gorges de la paroi supérieure 31. Les gorges du matériau transparent et de la paroi supérieure logent les parties des bords des parois latérales 44, 46 d'aluminium ou analogues, les parties des bords étant raccordées par coopération étanche, par exemple par collage. Bien que les parois transparentes avant et arrière 32, 34 dépassent vers le bas, vers la partie inférieure du capot 12 comme mieux représenté sur les figures 1 et 4, on note que les parois latérales 44, 46 de la partie supérieure 18 du capot aboutissent au niveau 10 de l'axe central horizontal des organes 14, 16 à souder. Deux adaptateurs courbes non métalliques 48, 50 coopèrent avec les organes soudables 14, 16 et sont raccordés aux parois latérales 44, 46 par des vis à tête 52. Des adaptateurs analogues 54, 56 sont fixés aux 15 parois latérales 58, 60 de la partie inférieure 20 en deux parties du capot. Les parois latérales sont maintenues dans les parties inférieures des gorges 36, 38, 40 et 42 par des forces de frottement, lorsqu'elles sont en position de travail comme représenté sur les figures 1 et 3. 20 Dans cette position de travail, une ouverture est formée dans les adaptateurs et elle correspond étroitement aux dimensions externes des organes 14 et 16 à souder, ces organes étant représentés sous forme d'organes tubulaires bien qu'il faille noter que les adaptateurs puissent 25 avoir d'autres dimensions et d'autres configurations correspondant à des organes à souder de tailles et de configurations différentes. Les surfaces des adaptateurs destinées à être au contact des pièces ont des fentes permettant le logement de joints élastiques et non métal30 liques 64, 66 d'étanchéité (figure 3) formés de polytétrafluoréthylène ou analogue. Lorsque les pièces à souder sont des organes tubulaires de grande dimension, débouchant à l'air libre, un bouchon pneumatique gonflable 68 (figure 3) ou analogue peut être introduit dans chaque organe 35 afin que l'air ne puisse pas pénétrer dans le capot par l'intermédiaire de la pièce 14, 16. La partie supérieure 18 (figures.3 et 4) du capot 12 est boulonnée sur une équerre 74 qui est articulée par un boulon 75 sur une équerre 76 raccordée par une vis 79 à tête à une entretoise 77 de l'ensemble 11 de soudage et qui est mobile en translation entre la position 5 de chauffage de la figure 3 et la position soudée de la figure 4. Lorsque la partie supérieure 18 est séparée de la partie inférieure 20, le boulon 75 peut être retiré comme l'indique la figure 4 ou, dans une variante, le boulon 75 peut rester en place et l'équerre 76 peut être 10 déboulonnée de l'entretoise 77 par enlèvement de la vis à tête 79. L'ensemble de soudage comporte aussi un vérin hydraulique 78 (un fragment seulement étant représenté sur les figures 3 et 4) ayant une tige 80 de piston sur 15 laquelle sont montés l'entretoise 77 et un collier 82, de manière amovible. Le collier 82 a une cavité 84 (figure 3) qui loge de façon réglable une première extrémité de l'élément 16 qui est verrouillé en place par une vis d'arrêt 85. L'ensemble 11 de soudage comporte aussi une 20 ou plusieurs bobines 87 d'induction montées de manière qu'elles se déplacent entre les parties soudables d'extrémités des éléments 14, 16 à souder, comme représenté sur les figures 1 et 3, et une position de repos, à l'extérieur du capot 12, comme représenté en traits 25 mixtes sur la figure 1. Après que la bobine ou les bobines 87 d'induction ont porté les surfaces d'extrémités des organes 14, 16 à une température de soudage, les bobines 87 sont rapidement retirées du capot 12 vers la position indiquée en traits interrompus sur la figure 1. Juste 30 après, la tige du piston du vérin et l'organe 16 sont déplacés vers la gauche (figure 3) avec une force suffisante pour que les surfaces soudables chauffées des éléments 14, 16 soient refoulées et soudées. Ensuite, la partie inférieure 20 du capot 12 est retirée de la partie 35 supérieure 18, et cette dernière est soulevée vers sa position de repos ou de déchargement d'éléments, représentée sur la figure 4, après enlèvement initial du boulon 75. L'opération de chauffage par induction et de soudage sous pression nécessite 5 à 7 secondes environ. Lorsque de l'oxygène est présent autour des surfaces chauffées à souder et entre celles-ci, on sait 5 qu'une oxydation du métal se manifeste et affaiblit beaucoup la soudure ou empêche le soudage des surfaces. Ainsi, un gaz inerte tel que l'argon, l'hélium ou l'azote, ou un mélange d'environ 95 % d'argon et 5 % d'hydrogène, est dirigé dans le capot afin qu'il chasse l'air des 10 surfaces soudables des organes 14, 16, pendant le chauffage et le refoulement. Le gaz inerte provenant du conduit 26 pénètre dans le boîtier 22 d'entrée et circule dans une série de tampons 90 de mousse de caoutchouc (ou analogue) 15 séparés par des plaques 92 ayant des trous d'environ 2,3 mm de diamètre. Les tampons sont de préférence formés de fibre de verre ou de mousse à cellules ouvertes d'une matière vinylique ou d'uréthanne. Les plaques sont séparées par une distance d'environ 25 mm. Les tampons de mousse 20 et les entretoises 92 assurent la circulation du gaz inerte entrant dans la chambre 24 avec un débit d'environ 4,25 m3/min, à une pression comprise entre 0,14 et 0,35 bar, lors du soudage de tubes de 64 mm de diamètre environ. Le gaz a une pression qui diminue progressivement 25 et se répartit uniformément afin qu'il remplisse toute la section du capot lorsqu'il se déplace progressivement vers le bas, dans les tampons 90 de mousse et les plaques 92 si bien qu'il purge tout l'air qui est ainsi chassé vers le bas. Le gaz descend alors dans la chambre 28 de 30 circulation laminaire et s'écoule à travers un élément 94 en nid d'abeilles formé de carton, ayant des passages verticaux de 4,8 mm de diamètre environ, transmettant un courant laminaire descendant de gaz inerte à la chambre 30 de soudage et le long des surfaces à souder si bien 35 que l'air qui est présent autour des surfaces à souder est chassé de ces surfaces et sort de la chambre 30 à travers deux tampons inférieurs 96 de mousse qui sont fixés aux parois latérales 58, 60 des deux moitiés en L qui constituent la partie inférieure 20 du capot 12. Les tampons inférieurs 96 débouchent entre leurs extrémités afin qu'ils permettent la pénétration de la bobine 87 5 dans le capot et sa sortie de ce capot. Un tampon 98 est fixé à la paroi transparente avant 32 afin qu'il délimite deux canaux 102 par lesquels des capteurs à fibre optique (non représentés) sont raccordés à des pyromètres optiques (non représentés) et leur transmettent 10 des signaux de température afin que les températures des deux surfaces à souder soient détectées. Un analyseur d'oxygène (non représenté) est raccordé à un canal 103 destiné à déterminer le moment o l'atmosphère dans la chambre de soudage a chassé pratiquement tout l'oxygène. 15 Il faut noter que les surfaces soudables des organes 14 et 16 qui sont soudées par induction peuvent être formées de métaux ferreux, l'un peut être formé d'un métal ferreux et l'autre d'un métal non ferreux, ou ils peuvent être tous deux formés d'un métal non 20 ferreux. Dans le présent mémoire, l'expression "gaz inerte" ne désigne pas obligatoirement un gaz inerte à 100 %, mais un gaz qui peut contenir des gaz d'autres types qui facilitent l'opération de soudage. Des gaz 25 inertes tels que l'argon, l'hélium et l'azote peuvent être utilisés et des soudures témoins satisfaisantes ont été réalisées avec une atmosphère contenant 95 % d'argon et 5 % d'hydrogène. Ainsi, la description qui précède indique que 30 le procédé et l'appareil selon l'invention concernent la transmission d'un volume élevé d'un gaz inerte à basse pression, avec création de gradients de pression qui provoquent d'abord un étalement du gaz dans toute la section du capot et qui ensuite obligent le gaz à 35 circuler dans un élément en nid d'abeilles qui crée un courant laminaire de gaz de débit volumique élevé dans une chambre de soudage, si bien que l'air est rapidement chassé des surfaces soudables des organes à souder et est chassé du capot, par circulation dans les tampons de mousse de caoutchouc. Bien entendu, diverses modifications peuvent 5 être apportées par l'homme de l'art aux procédés et appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de purge d'air des surfaces d'organes (14, 16) qui doivent être chauffés par induction, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif (12) délimitant un capot ayant une chambre d'entrée (24), une chambre (28) de régularisation de courant et une chambre (30) de traitement, un dispositif (26) destiné à diriger un gaz inerte dans la chambre d'entrée (24) du capot avec un 10 volume élevé et une faible pression, un dispositif (90, 92) destiné à limiter l'écoulement du gaz inerte dans la chambre d'entrée (24) afin que la vitesse du gaz diminue et que le gaz remplisse régulièrement toute la section transversale de la chambre 15 d'entrée, avec création d'un gradient progressif de pression diminuant dans le capot, un dispositif (94) placé dans la chambre (28) de régularisation de débit et destiné à recevoir le gaz de la chambre d'entrée et à régulariser le débit 20 de gaz qui y circule afin qu'il forme un courant laminaire de gaz inerte qui est dirigé le long des surfaces soudables afin que l'air des surfaces soit rapidement purgé, et un dispositif (96) de fermeture destiné à permettre l'évacuation du gaz inerte et de l'air qu'il 25 entraîne hors du capot (12), avec maintien dans le capot d'une pression de gaz supérieure à la pression de l'air à l'extérieur du capot. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces des organes (14, 16) doivent 30 être soudées, et la chambre de traitement (30) est une chambre de soudage. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une bobine (87) de chauffage par induction, un dispositif (11) destiné à 35 déplacer la bobine d'induction à travers le dispositif de fermeture (96) et dans la chambre de soudage (30) afin qu'elle chauffe les surfaces soudables à une température permettant leur liaison, puis à ramener la bobine hors du capot à travers le dispositif de fermeture, et un dispositif (77) destiné à repousser les surfaces chauffées l'une contre l'autre afin que ces surfaces soient refoulées et que les deux organes soient ainsi soudés. 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif destiné à limiter le débit de gaz inerte comprend une série de diffuseurs (90) et une série de déflecteurs (92) qui séparent les diffuseurs. 10 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de fermeture (96) comporte une paire de tampons flexibles qui sont en contact mutuel. 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de fermeture (96) comporte 15 deux tampons de mousse placés en contact et qui permettent le déplacement de la bobine d'induction (87) à travers le dispositif de fermeture, avec maintien dans le capot d'une pression gazeuse supérieure à la pression de l'air à l'extérieur du capot. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz inerte est l'argon. 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz inerte contient 95 % d'argon et 5 % d'hydrogène. 9. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz est l'hélium. 10. Appareil de purge d'air d'une chambre (30) de soudage par chauffage par induction et compression, ayant deux organes (14, 16) qui ont des surfaces soudables 30 placés à l'intérieur, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif (12) délimitant un capot ayant une partie d'entrée et une partie de sortie raccordées de façon temporaire l'une à l'autre et coopérant de manière étanche l'une avec l'autre et avec deux organes 35 à souder, un dispositif (26) destiné à diriger un gaz inerte dans la partie d'entrée du capot, un dispositif destiné à délimiter une chambre (24) d'entrée et de diffusion de gaz dans le capot afin que le gaz inerte diffuse et remplisse toute la section de la chambre de diffusion et crée plusieurs zones à 5 pression décroissant progressivement, dans la chambre d'entrée, lorsque le gaz y circule, un dispositif délimitant une chambre (28) de régularisation du débit de gaz, destinée à recevoir le gaz de la chambre de diffusion et à assurer l'écoulement 10 du gaz suivant le trajet laminaire dans la chambre de régularisation et la formation d'un courant laminaire de gaz inerte dans la chambre de soudage et le long des surfaces soudables des organes afin que l'air qui y est présent soit entraîné rapidement, et un dispositif poreux (96) de fermeture destiné à évacuer le gaz inerte et l'air qu'il entraîne hors du capot, avec conservation dans la chambre de soudage d'une pression supérieure à la pression ambiante autour du capot. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le capot (12) a une partie supérieure et une partie inférieure qui sont maintenues en coopération étanche l'une avec l'autre et avec les deux organes à souder, lorsqu'ils sont en position de soudage, les 25 deux parties de capot pouvant être écartées l'une de l'autre et des deux organes, en position de repos afin que les organes puissent être retirés et remplacés facilement dans le capot lorsque l'opération de soudage a été terminée. 12. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre (24) de diffusion de gaz comporte plusieurs tampons (90) formés de mousse et plusieurs plaques perforées (92) destinées à séparer les tampons les uns des autres. 13. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre (28) de régularisation de débit comporte un élément en nid d'abeilles destiné à régulariser le courant de gaz qui y circule afin qu'il forme un courant laminaire s'écoulant le long des surfaces à souder. 14. Appareil selon la revendication 12, caracté5 risé en ce que la chambre de régularisation de débit comporte un élément (94) en nid d'abeilles destiné à régulariser le courant de gaz qui le traverse afin qu'il forme un courant laminaire s'écoulant sur les surfaces à souder. 15. Procédé de purge d'air de surfaces soudables d'organes (14, 16) qui doivent être soudés lorsqu'ils sont placés dans un capot (12) ayant une chambre d'entrée (24), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la disposition des surfaces soudables dans le capot afin que celui-ci les entoure, la direction de gaz inerte dans le capot avec un volume élevé et une pression relativement faible, la restriction de l'écoulement du gaz inerte 20 dans la chambre d'entrée du capot afin que la vitesse du gaz diminue et que le gaz remplisse toute la section transversale de la chambre d'entrée du capot, avec création d'un gradient de pression qui diminue progressivement dans le capot, l'écoulement du gaz inerte avec l'air qu'il entraîne dans une chambre (28) de régularisation -de débit afin qu'un courant laminaire soit dirigé sur les surfaces soudables et assure une purge rapide de l'air de ces surfaces, et la circulation forcée du gaz inerte avec l'air entraîné hors du capot, avec conservation dans le capot d'une pression gazeuse supérieure à la pression de l'air à l'extérieur de capot. 16. Procédé selon la revendication 15, caracté35 risé en ce que le gaz inerte pénètre dans le capot à une pression comprise entre environ 0,14 et 0,35 bar et avec un débit volumique d'environ 4,25 m3/min, lorsque les organes sont des tubes dont le diamètre externe est de 64 mm environ. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérié en ce qu'il comporte en outre le chauffage par induc5 tion des surfaces soudables, à une température de soudage, et le refoulement sous pression des surfaces soudables chauffées afin que les organes (14, 16) soient soudés l'un à l'autre lorsqu'ils se trouvent dans l'atmosphère inerte formée dans le capot. 18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le gaz inerte est l'argon. 19. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le gaz inerte est un mélange d'environ 95 % d'argon et 5 % d'hydrogène. 20. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le gaz inerte est l'hélium. 21. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le gaz inerte est l'azote. 22. Procédé selon la revendication 15, caracté20 risé en ce que le capot comporte une série de tampons (90) séparés par une série de plaques (92) afin qu'ils limitent le débit volumique élevé du gaz inerte dans la chambre d'entrée (24), avec remplissage de toute la section transversale par du gaz inerte. 23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que le capot a une extrémité de sortie comportant deux tampons (96) de sortie formés d'une mousse de caoutchouc, ou d'un polymère vinylique ou d'uréthanne, fermant temporairement l'extrémité de sortie afin que 30 la pression dans le capot soit supérieure à la pression de l'atmosphère à l'extérieur du capot. 24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'une bobine d'induction (87) destinée à chauffer les surfaces soudables est présente, et le pro35 cédé comprend le passage de la bobine entre les tampons de sortie (96) et entre les surfaces soudables afin qu'elle chauffe les surfaces à une température de liaison, puis le retrait de la bobine de. l'espace délimité entre les surfaces et hors du capot, et l'application à force des surfaces soudables chauffées l'une contre l'autre avec une force suffisante pour que les surfaces chauffées 5 soient refoulées et que les deux organes soient soudés l'un à l'autre.