Brevet FR2693145A1 — publié le 19940107

PROCEDE DE SOUDAGE DE PIECES DE FORME TUBULAIRE ET ELEMENT DE SOUDAGE POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE La présente invention se rapporte à un procédé de sou- dage frontal de pièces de forme tubulaire en matière plas- tique et dont les extrémités présentent une partie en saillie munie d'une surface frontale partant de la périphérie inté- rieure, un élément de soudage muni d'un enroulement de chauf- fage pour réaliser le chauffage électrique de la résistance étant disposé entre les extrémités des pièces de forme tubu- laire Elle concerne également un élément de soudage pour la mise en oeuvre du procédé ainsi que l'application d'un tel élément de soudage. On connaît de EP-A-0 240 732, un procédé de soudage en bout de tubes en matière plastique à parois pleines, dans lequel, grâce à un élément de soudage placé entre les tubes, on chauffe la totalité de la surface frontale des tubes à souder, à la suite de quoi il se forme à la périphérie inté- rieure des tubes un bourrelet de soudure qui est le plus souvent indésirable Afin de maintenir bien alignés les tubes à assembler ainsi que l'élément de soudage, au cours du sou- dage, il est alors nécessaire de prévoir une pièce spéciale en forme de selle et qui est susceptible d'être enfichée sur la périphérie extérieure des tubes. Pour les tubes jointifs, qui sont également dénommés tubes à double paroi et qui sont, par exemple, utilisés de- puis peu de temps pour des canalisations d'évacuation d'eau, le procédé de liaison par soudure selon le document EP-A- 0 240 732 ne convient pas De tels tubes se composent d'un tube intérieur cylindrique à parois minces et d'un tube exté- rieur ondulé et relié rigidement au tube intérieur. En partant de l'état de la technique décrit, l'un des buts de la présente invention est précisément de proposer un procédé et un élément de soudage destinés à la mise en oeuvre de ce procédé et grâce auxquels on puisse réaliser une liai- son par soudure centrée de pièces de forme tubulaire, sans qu'il se produise des bourrelets de soudure à leur périphérie intérieure Ce procédé doit convenir en particulier pour les tubes jointifs mentionnés précédemment. A cet effet, selon l'invention, le procédé de soudage comporte les étapes suivantes consistant: à appliquer les deux pièces de forme tubulaire sur l'é- lément de soudage en réalisant simultanément le centrage des faces opposées et l'application de la partie en saillie sur l'élément de soudage, en formant un inter- valle entre les parties en saillies, par amenée de courant au dispositif de chauffage à résis- tance dans l'élément de soudage, à faire fondre la ma- tière plastique dans au moins une zone partielle des deux surfaces qui se sont face des pièces de forme tubu- laire et de l'élément de soudage, sans qu'il se produise de fusion des surfaces frontales intérieures, pendant le chauffage, à presser les pièces de forme tubulaire l'une contre l'autre jusqu'à ce que les sur- faces frontales viennent en appui l'une contre l'autre en servant de butée fixe, et après coupure du courant de chauffage, à maintenir l'une contre l'autre les pièces de forme tubulaire, jusqu'à ce que la zone soudée soit rendue rigide par refroidisse- ment. L'élément de soudage pour la mise en oeuvre du procédé comporte une pièce de forme annulaire en matière plastique, dont au moins trois faces périphériques du contour extérieur sont munies d'un enroulement de chauffage L'enroulement de chauffage est réalisé par enroulement sur la totalité du contour extérieur d'un fil résistant enveloppé de matière plastique L'enroulement de chauffage peut comporter au moins un fil résistant bobiné en forme de méandres ou de zigzags et enveloppé de matière plastique, et dont les spires de bobi- nage sont disposées transversalement à la direction circonfé- rentielle de la pièce de forme annulaire depuis une surface latérale sur la surface périphérique extérieure ou intérieu- re, par rapport à l'autre surface latérale de la pièce de forme annulaire La périphérie intérieure de la pièce de forme annulaire constitue un siège de centrage pour les deux pièces de forme tubulaire à relier. Selon un autre mode de réalisation de l'élément de sou- dage, les extrémités de changement de direction des spires de bobinage sont disposées chacune sur l'une ou l'autre des deux surfaces latérales, à distance de la surface périphérique extérieure ou intérieure de la pièce de forme annulaire. L'enroulement de chauffage comporte deux parties d'enroule- ment qui sont couplées en parallèle l'une par rapport à l'au- tre et présentent la même ou sensiblement la même résistance ohmique et qui sont disposées chacune sur la moitié de la pièce de forme annulaire Cette pièce de forme annulaire peut présenter, en section transversale, une forme de trapèze qui va en se réduisant vers la périphérie intérieure. L'élément de soudage selon l'invention peut être appli- qué à la liaison de pièces de forme tubulaire qui se compo- sent d'un tube intérieur cylindrique et d'un tube extérieur en forme d'onde dans la direction longitudinale et dont la périphérie extérieure est assemblée rigidement, les extré- mités du tube intérieur formant dans cette application une partie en saillie permettant la mise en place de l'élément de soudage Le tube extérieur peut présenter en coupe longitudi- nale une forme trapézoïdale. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description de divers modes de réa- lisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue fragmentaire en coupe longi- tudinale des extrémités de deux pièces de forme tubulaire formées en tubes jointifs et munies d'un élément de soudage, avant le soudage; la figure 2 représente les extrémités selon la figure 1, après le soudage; la figure 3 est une vue fragmentaire de côté de l'é- lément de soudage représenté sur les figures 1 et 2; la figure 4 représente en coupe transversale une variante de mode de réalisation d'un élément de soudage; la figure 5 est une vue fragmentaire de côté de l'é- lément de soudage représenté à la figure 4; les figures 6 A à 6 C, représentent des variantes des modes de réalisation des liaisons soudées pour des tubes jointifs selon les figures 1 et 2; les figures 7 A à 7 C, représentent des liaisons soudées pour des tubes à parois épaisses; les figures 8 A à 8 C, représentent des liaisons soudées pour des tubes ondulés; les figures 9 A et 9 B, représentent des variantes des modes de réalisation des éléments de soudage pour des liaisons soudées repré- sentées à la figure 7; et les figures 10 A et l OB, représentent des variantes des modes de réalisation des éléments de soudage pour les liaisons soudées repré- sentées à la figure 8. Les figures 1 et 2 représentent les extrémités de pièces de forme tubulaire en matière synthétique plus communément désignée sous le terme de matière plastique, constituant des tubes jointifs ou des tubes ondulés De tels tubes se compo- sent chacun d'un tube cylindrique intérieur 2 et d'un tube extérieur ondulé 3 qui sont raccordés rigidement l'un à l'au- tre au cours de la fabrication Le tube extérieur 3 comporte des bosses d'ondes annulaires 4 et des creux d'ondes 5 qui présentent une section transversale trapézoïdale et qui sont délimitées chacune par une paroi extérieure 6, par les deux parois latérales inclinées 7 et 8 et par la paroi intérieu- re 9. Comme chaque extrémité de la pièce de forme tubulaire 1 pour la liaison de la face opposée est formée par séparation dans le creux d'onde, il existe une partie en saillie 10 munie d'une surface frontale intérieure 11 et qui est déli- mitée entre le tube intérieur 2 et la paroi intérieure 9. Pour le soudage de la pièce de forme tubulaire, il est prévu un élément de soudage 20 qui se compose d'une pièce en matière plastique de forme annulaire 21 munie d'un enroule- ment de chauffage 22 disposé sur son contour extérieur. La pièce de forme annulaire 21 présente en correspon- dance un creux d'onde 5, de section transversale trapézoï- dale, muni de deux surfaces latérales inclinées 24, d'une surface périphérique intérieure formant siège de centrage 23 et d'une surface périphérique extérieure 25. L'enroulement de chauffage 22 comporte un fil de résis- tance 26 bobiné en forme de méandres ou de zigzags et recou- vert de matière plastique et dont les spires d'enroulement 27 sont disposées transversalement à la direction périphérique de la pièce de forme annulaire 21 (voir également la figure 3) L'enroulement de chauffage 22 est recourbé transversale- ment en forme de U et s'étend depuis une surface latérale 24 sur la surface périphérique extérieure 25 jusqu'à l'autre surface latérale 24 de la pièce de forme annulaire 21. Les extrémités de changement de direction 28 des spires de bobinage 27 sont disposées chacune sur l'une ou l'autre des surfaces latérales 24, à distance de la surface périphé- rique intérieure 23, de manière qu'il ne se produise sur la zone intérieure aucune fusion de la matière plastique ou seulement une faible fusion de cette matière plastique. Les deux branches 29 de l'enroulement de chauffage en forme de U 22 sont disposées chacune sur l'une des surfaces 24 A décalées vers l'intérieur par rapport aux surfaces laté- rales 24, ce décalage du fil de résistance 26 correspondant environ au demi-diamètre extérieur de l'enveloppe en matière plastique On obtient ainsi, comme représenté à la figure 1, un intervalle 12, lorsque l'élément de soudage 20 est inséré entre les surfaces latérales 24 et les surfaces latérales 7 et 8. L'enroulement de chauffage 22 se compose avantageusement de deux parties d'enroulement qui sont couplées en parallèle et présentent la même résistance ohmique ou des résistances ohmiques sensiblement identiques et qui sont disposées cha- cune sur une moitié de la périphérie de la pièce de forme annulaire 21. Pour la réalisation de la liaison par soudage, les piè- ces de forme tubulaire 11 sont appliquées par leur partie en saillie 10 sur l'élément de soudage 20, de manière que l'on obtienne grâce au siège de centrage 23 une position récipro- quement centrée des pièces de forme tubulaire Entre les surfaces frontales intérieures 11 il existe, comme on peut le voir à la figure 1, un intervalle 13, et entre les pièces de forme annulaire 2 et les pièces de forme tubulaire 1, l'in- tervalle 12 déjà cité. Par amenée de courant à l'enroulement de chauffage 22, la pièce de forme annulaire 21 et les extrémités de la pièce de forme tubulaire 1 sont chauffées dans la zone des surfaces latérales 24 et des parois latérales 7, 8, de manière que la matière plastique soit amenée à l'état plastique dans ces zones. En même temps, on exerce sur les pièces de forme tubu- laire 1 une pression axiale selon des directions opposées, jusqu'à ce que ces pièces viennent en appui l'une contre l'autre par leurs surfaces frontales non plastifiées 11 La pression est maintenue bien droite jusqu'au refroidissement du matériau plastifié, de manière à réaliser une liaison soudée sans bourrelet à la périphérie intérieure des parties de forme tubulaire 1 (voir la figure 2). Les figures 4 et 5 représentent une variante des modes de réalisation d'un élément de soudage 30 muni d'une pièce de forme annulaire 31 qui est entourée sur toutes les faces par un fil de résistance 26 enrobé de matière plastique, pour constituer l'enroulement de chauffage 32. Les figures 6 A à 6 C représentent l'application de l'élé- ment de soudage 30 pour la liaison de pièces de forme tubu- laire 1, comme représenté sur les figures 1 et 2, et réalisée sous la forme de tubes jointifs ou de tubes ondulés munis d'un tube intérieur 2 et d'un tube extérieur 3. La figure 6 B représente en outre, pour l'élément de soudage 30, un anneau intérieur 33 qui forme, avant le sou- dage, un intervalle latéral 12, tandis que la variante de mode de réalisation représentée à la figure 6 C utilise un anneau extérieur 34. Les figures 7 A à 7 C représentent le soudage de tubes à parois épaisses 100, à l'aide d'éléments de soudage 30 a, qui comportent un élément de chauffage 32 a, réalisé selon les figures 4 et 5 par enroulement d'une pièce 31 a de forme annu- laire et de section rectangulaire ou carrée Les extrémités des tubes 100 sont munies d'une découpe, de manière à former une partie en saillie 101 munie d'une surface frontale inté- rieure 102. Avant le soudage, il existe entre les surfaces frontales 102 un intervalle 13, comme cela a déjà été décrit en réfé- rence aux figures 1 et 2, le soudage étant réalisé de façon similaire La figure 7 B représente en outre l'application d'un anneau inférieur 33 a et la figure 7 C d'un anneau exté- rieur 34 a. Les figures 9 A et 9 B représentent le soudage de tubes à parois épaisses 100 correspondant à la figure 7, avec un élément de soudage 20 a qui est similaire à celui décrit sur les figures 1 à 3 Dans le mode de réalisation selon la fi- gure 9 A, les spires de bobinage 27 a s'étendent à partir d'une surface latérale 24 a sur la surface d'enveloppe extérieure a jusqu'à l'autre surface latérale 24 a et dans le mode de réalisation selon la figure 9 B, sur la surface périphérique intérieure 23 a La partie de forme annulaire 21 a présente avantageusement une section rectangulaire. Les figures 8 A, 8 B, 8 C, 10 A et l OB représentent par ailleurs le soudage de tubes ondulés 200 présentant des creux d'onde 201 et des bosses d'onde 202 de forme arquée La liai- son soudée est réalisée dans un creux d'onde 201 de telle façon que les extrémités forment également une partie en saillie 203 munie de surfaces frontales intérieures 204. Les éléments de soudage 30 C selon les figures 8 A, 8 B, 8 C, comportent des enroulements de chauffage 32 C selon les figures 4 et 5, la section transversale de la pièce de forme annulaire 31 c étant adaptée ou ajustée à la forme du creux d'onde 201 Selon la figure 8 B, on utilise à nouveau un an- neau intérieur 33 c et selon la figure 8 C, un anneau extérieur 34 c. Dans les variantes des modes de réalisation selon les figures IOA et l OB, on utilise des éléments de soudage 20 C, tels que ceux décrits en regard des figures 1 à 3, mais, en correspondance à la forme du creux d'onde 201, ils comportent des pièces de forme annulaire 21 C, de section transversale adaptée ou ajustée, et l'enroulement de chauffage 22 C est replié ou arqué en correspondance. Dans les variantes des modes de réalisation selon les figures 1 et 2, l'enroulement de chauffage 22 peut également être disposé sur la surface périphérique intérieure 23 et sur une partie des surfaces latérales 24, 25 de la pièce de forme annulaire conique 21, de façon analogue à ce qui est repré- senté sur les figures 9 B et l OB. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage frontal de pièces de forme tubu- laire en matière plastique et dont les extrémités présentent une partie en saillie munie d'une surface frontale partant de la périphérie intérieure, un élément de soudage muni d'un enroulement de chauffage pour réaliser le chauffage élec- trique à résistance étant disposé entre les extrémités des pièces de forme tubulaire, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, consistant: à appliquer les deux pièces de forme tubulaire sur l'é- lément de soudage en réalisant simultanément le centrage des faces opposées et l'application de la partie en saillie sur l'élément de soudage, en formant un inter- valle entre les parties en saillies, par amenée de courant au chauffage à résistance dans l'élément de soudage, à faire fondre la matière plas- tique dans au moins une zone partielle des deux surfaces qui se sont face des pièces de forme tubulaire et de l'élément de soudage, sans qu'il se produise de fusion des surfaces frontales intérieures, pendant le chauffage, à presser les pièces de forme tubulaire l'une contre l'autre jusqu'à ce que les sur- faces frontales viennent en appui l'une contre l'autre en servant de butée fixe, et après coupure du courant de chauffage, à maintenir l'une contre l'autre les pièces de forme tubulaire, jusqu'à ce que la zone soudée soit rendue rigide par refroidisse- ment. 2. Elément de soudage pour la mise en oeuvre du pro- cédé, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce de forme annulaire en matière plastique ( 21, 31), dont au moins trois faces périphériques du contour extérieur sont munies d'un enroulement de chauffage ( 22, 32). 3. Elément de soudage selon la revendication 2, carac- térisé en ce que l'enroulement de chauffage ( 32) est réalisé par enroulement sur la totalité du contour extérieur d'un fil résistant ( 26) enveloppé de matière plastique. 4. Elément de soudage selon la revendication 2, carac- térisé en ce que l'enroulement de chauffage ( 22) comporte au moins un fil résistant ( 26) bobiné en forme de méandres ou de zigzags et enveloppé de matière plastique, et dont les spires de bobinage'( 27) sont disposées transversalement à la direc- tion périphérique de la pièce de forme annulaire ( 21) depuis une surface latérale ( 24) sur la surface périphérique exté- rieure ou intérieure ( 25, 23), par rapport à l'autre surface latérale ( 24) de la pièce de forme annulaire ( 21). 5 Elément de soudage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la périphérie intérieure ( 23) de la pièce de formule annulaire ( 21) constitue un siège de centrage pour les deux pièces de forme tubulaire à relier ( 1). 6 Elément de soudage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les extrémités de changement de direc- tion ( 28) des spires de bobinage ( 27) sont disposées chacune sur l'une ou l'autre des deux surfaces latérales ( 24), à distance de la surface périphérique extérieure ou intérieure ( 25, 23) de la pièce de forme annulaire ( 21). 7. Elément de soudage selon l'une quelconque des re- vendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'enroulement de chauffage ( 22, 32) comporte deux parties d'enroulement qui sont couplées en parallèle l'une par rapport à l'autre et qui présentent la même ou sensiblement la même résistance ohmique et qui sont disposées chacune sur la moitié de la périphérie de la pièce de forme annulaire ( 21, 31). 8. Elément de soudage selon l'une quelconque des re- vendications 2 à 7, caractérisé en ce que la pièce de forme annulaire ( 21, 31) présente, en section transversale, une forme de trapèze qui va en se réduisant vers la périphérie intérieure. 9. Application de l'élément de soudage selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, à la liaison de pièces de forme tubulaire ( 1) qui se composent d'un tube intérieur cylindrique ( 2) et d'un tube extérieur ( 3) en forme d'onde dans la direction longitudinale et dont la périphérie exté- rieure est assemblée rigidement, caractérisée en ce que les il extrémités de tube du tube intérieur comportent une partie en saillie ( 10) permettant la mise en place de l'élément de soudage ( 20, 30). 10. Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que le tube extérieur ( 3) présente en coupe longitudi- nale une forme trapézoïdale.