Brevet FR2702550A1 — publié le 19940916

RADIATEUR THERMIQUE EN TUBES METALLIQUES SOUDES, ET PROCEDE DE REALISATION INDUSTRIELLE DUDIT RADIATEUR La présente invention est relative à un radiateur thermique en tubes métalliques soudés, par exemple en acier, en laiton, en cuivre, en aciers inoxydables ou autres métaux soudables selon des technologies usuelles, dans lequel la jointure entre chaque couple d'éléments tubulaires constituants le radiateur, en général perpendiculaires entre eux, est obtenue par façonnage préalable d'un orifice dans un premier tube et dans lequel est installé un second tube pour réaliser un encastrement à froid qui est par la suite soudé, voire brasé, avec un alliage métallique. Selon l'état de la technique actuel, les radiateurs en tubes métalliques sont structurés de manière générale selon le schéma d'un râtelier, d'une échelle; et sont formés de deux montants latéraux ayant une fonction de collecteurs, et d'une ou de plusieurs séries de tubes internes équidistants et parallèles entre eux soudés perpendiculairement en leurs extrémités aux collecteurs. Selon le procédé de fabrication de tels radiateurs, on pratique un orifice légèrement lâche sur le côté latéral du collecteur, et on insère une petite partie du second tube dans ce trou pour y procéder à la soudure de la paroi du collecteur contre le côté latéral de ce second tube transversal. La jonction entre deux tubes formant un T (dans lequel la barre supérieure est constituée du tube primaire ou collecteur, et dont l'autre barre est constituée par un des tubes transversaux) est réalisée en général au moyen de soudures à base d'alliages de basse température, ou de brasures, ce qui implique nécessairement une épaisseur minimum pour le tube que l'on veut utiliser. Ces jointures soudées doivent satisfaire en fait à deux fonctions de toute jointure: une tenue mécanique et une tenue hydraulique; le tout à travers une seule soudure "flanc contre extrémité" entre les parois des deux tubes sus- mentionnés. Ces systèmes connus de réalisation de radiateurs par jonctions soudées impliquent nécessairement l'utilisation de cadres externes afin de tenir en position les tubes entre eux l'un à côté de l'autre, ce qui, à froid, résulte en un mode de liaison faible et instable. En second lieu, la soudure en une extrémité d'une paroi de l'un des tubes oblige l'adoption d'épaisseur suffisamment élevée afin d'assurer une résistance mécanique adéquate, et afin d'éviter un surchauffement (ou comme on dit une brûlure) du matériau du tube dans son extrémité durant l'opération de soudage Une telle surépaisseur dans les tubes utilisés, justifiée seulement par le type de jonction soudée adoptée, implique par ailleurs un poids de radiateur supérieur ainsi qu'une plus grande inertie thermique dans la fonction d'échange. De plus, la jonction obtenue s'avère plus anguleuse et aiguë, ce qui est de cette manière préjudiciable à l'aspect extérieur, et qui est également un élément important pour un objet qui a aussi des fonctions ornementales en plus de sa première fonction de réchauffement de l'ambiance. De plus, la jonction flanc contre extrémité usuellement adoptée comporte fréquemment des défauts de tenue par la formation possible de craquelures dans la soudure due à une distribution non régulière de l'alliage de soudure sur les bords minces de la paroi du tube collecteur De telles craquelures constituent des amorces évidentes pour la perte de liquide contenu dans le radiateur, en raison des sollicitations mécaniques typiques au niveau des jointures due à la dilatation thermique cyclique auquel est soumis le radiateur. De plus, il apparaît difficile d'adopter des tubes de section non circulaire pour la réalisation de tels radiateurs, par exemple elliptiques, polyédriques etc dans lesquels avant tout les problèmes de soudure flanc contre extrémité décrits ci-dessus sont particulièrement accentués par la forme irrégulière du tube. Le but de la présente invention est la réalisation de radiateurs en tubes métalliques dans lesquels les jointures entre les tubes longitudinaux et ceux transversaux sont essentiellement des connexions rigides, notamment aussi à froid, permettant de cette façon d'installer en position tous les composants du radiateur sans avoir recours à de supports spéciaux, table inférieure ou cadre auxiliaire au montage et aux opérations de soudure. Un second objet de la présente invention est la formation de zones de soudure non plus dans l'épaisseur du tube, mais flanc contre flanc, ladite zone étant sensiblement dans l'axe du second tube soudé au collecteur de telle sorte à permettre l'emploi de tubes d'épaisseur moindre, à assurer une meilleure étendue de la zone soudée avec comme conséquence une plus grande fiabilité mécanique et une meilleure tenue hydraulique. Un autre but ultime est de permettre la mise côte- à-côte et la soudure de tubes non seulement de section circulaire mais aussi cylindrique à plaire par exemple ovale, elliptique, polygonale etc Ces buts sont obtenus en réalisant sur le trou pratiqué dans le flanc du tube collecteur une lèvre rentrante ou également sortante dans l'alignement de l'axe du tube à souder; puis en insérant selon un certain tracé le tube à souder dans lesdites lèvres afin de créer une petite zone d'encastrement dans le T ainsi formé; et en effectuant la soudure sur un tel accouplement en faisant couler l'alliage de soudure sur la superficie de contact entre les deux zones de tubes, qui deviennent non plus une superficie égale à l'épaisseur de la paroi du tube, mais une superficie annulaire de l'épaisseur égale à celle du bord de la lèvre, c'est-à-dire bien plus grande. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description de deux exemples d'application ainsi que la description du procédé industriel de réalisation par lequel ces exemples sont obtenus. Cette description sera effectuée en référence aux trois planches de dessins annexées dans lesquelles: la figure 1 est une illustration d'un radiateur réalisé selon la présente invention, les figures 2 et 3 illustrent les modalités d'exécution de soudure selon la technique connue, la figure 4 illustre la technique d'exécution de soudure selon la présente invention, les figures 5 et 5 ' illustrent plus particulièrement la préparation du siège de connexion dans le tube collecteur tandis que les figures 6,6 ' illustrent plus particulièrement l'extrémité ou la partie supérieure de l'un des tubes intermédiaires du radiateur, la figure 7 illustre, de manière similaire à la figure 4, le modèle de construction de la jonction d'un tube intermédiaire et d'un tube collecteur, la figure 8 illustre le détail de réalisation de la jonction soudée selon la zone A de la figure 7, la figure 9 illustre, de manière similaire aux figures 2 et 3, un exemple de jointure exécutée selon une autre technique ancienne connue, la figure 10 illustre une jonction réalisée selon l'invention, la figure 11 illustrant le détail du mode de réalisation de la figure 10, les figures 12 et 13 illustrent respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale, un schéma de principe du procédé de réalisation d'une jonction telle qu'illustrée sur les figures 4 à 7, les figures 14 et 15 illustrent, toujours respectivement en vue longitudinale et en section transversale, un schéma de principe du procédé de réalisation d'un mode d'exécution de l'invention illustré sur les figures et en détail 11. En référence aux figures, la référence 1 désigne un radiateur thermique réalisé selon l'invention; les références 2 et 3 désignent respectivement deux collecteurs latéraux entre lesquels il est prévu une pluralité de tubes de radiateurs transversaux 4. La référence 5 désigne une lèvre formée en direction de l'intérieur du tube 2, le matériau formant la paroi du tube 2 formant un trou dont la hauteur des lèvres 5 constituant le col est de quelques millimètres supérieure à l'épaisseur du tube 2 La référence 6 désigne une bordure d'introduction tronco-cylindrique, ou tronco- conique, pratiquée à l'extrémité de l'un quelconque des tubes transversaux 4. La référence 7 désigne l'alliage de soudure tel qu'il se distribue par capillarité à l'intérieur de la zone d'encastrement entre l'extrémité de la partie supérieure de l'embout 6 et la lèvre d'introduction interne 5, la technique de soudure adaptée dans ce cas précis étant alors la brasure. Sur la figure 10, la référence 8 désigne une lèvre sortante pratiquée toujours en correspondance avec les dimensions internes du tube transversal 4 (sur le collecteur 2), alors que la figure 11 illustre le détail de l'encastrement du tube 4 dans le collecteur 2 en correspondance, et ce au niveau de la lèvre 8. La figure 12 illustre l'appareil avec lequel on vient pratiquer un orifice de fixation et la lèvre d'entrée correspondante 5. Dans cette figure, la référence 9 désigne une coque externe fixe et dotée d'une contre-coque supérieure 10 déplaçable (ou coulissante) vers le haut grâce à l'action de moyens motorisés non illustrés sur la figure (tels que par exemple des pistons hydrauliques) en suivant des tiges de guidage et de glissement 11. La référence 12 désigne un corps de poinçon guidé en mouvement vertical par des appareils externes non illustrés coordonnés dans leurs mouvements selon le déplacement du contre-poinçon inférieur 13. Ce contre-poinçon 13 est ménagé dans une barre longitudinale 14 qui est positionnée à l'intérieur du tube collecteur 2, et qui est relié en une extrémité par une charnière afin de rester coaxial selon l'axe A du poinçon 12 sur le contre-poinçon 13 Mais cette barre est libre de se poser en un mouvement radial à l'intérieur du tube 2, lorsque la base trapézoïdale 16 du contre-poinçon 13 est mise en correspondance avec une niche 17 de la barre d'appui inférieure 18, et ce suite à un glissement axial de cette barre 18 opéré par des moyens externes (tel que, par exemple, un piston hydraulique) non illustrés sur la figure. La position de la niche 17 en correspondance de la base 16 du contrepoinçon 13 détermine l'abaissement du contre-poinçon en regard à la lèvre 5, et permet le déplacement longitudinal du tube 2 selon une distance prédéterminée modulaire pour procéder à la formation d'un nouveau trou lévré 5. L'abaissement du poinçon 12 dans les parties en correspondance du contrepoinçon 13 implique la formation simultanément d'un trou par l'action de cisaillements du bord interne 12 ' du poinçon 12 et de la marque 13; et également la formation de la lèvre 5 par opération d'emboîtement des bords externes 12 " du poinçon et de la zone annulaire 13 ' du contre-poinçon 13. La lèvre 5 peut, en variante, être orientée vers l'extérieur du tube 2 comme illustré sur les figures 10,11,14 et 15 Dans une telle variante, l'imbrication du col 8 dans la partie du tube 4 peut se faire de l'extérieur au moyen de la réalisation d'un élargissement ou d'une ébrasement en l'extrémité du tube 4. La référence 19 désigne une cheville fixée à la coque inférieure 9; la référence 20 désigne encore une barre (analogue à la 14) insérée en 19 et portant en son extrémité un contre-poinçon 21 (analogue à 12). Ce contre-poinçon 21 porte à l'intérieur une superficie de taille 21 ' et à l'extérieur une superficie d'emboutissage 21 " destinées à collaborer respectivement avec un poinçon 22 (analogue à 13) et avec l'épaulement 23 lorsque ce contre-poinçon 21 est soulevé radialement par l'action de la rampe de la rainure 24 à l'intérieur de la barre 25 (analogue à 18) déplacée axialement par des moyens motorisés externes (cylindre hydro-dynamique par exemple) non illustré sur la figure. Pour désengager la lèvre externe 8 du couple d'outils qu'ils l'ont formée, on utilise des actuateurs mécaniques externes connus, (comme par exemple un cylindre hydraulique) non illustré sur la figure pour des considérations de simplicité, un actuateur venant opérer l'abaissement du contre-poinçon 21 lors du mouvement axial de la rampe 24 actionnée par la barre 25, alors qu'un autre actuateur effectue le soulèvement du poinçon 22, alors qu'un dernier actuateur effectue le soulèvement de la coque supérieure 10. Cet abaissement du contre-poinçon 21 pourra être obtenu, à la place du mouvement de la barre comportant une rampe tel qu'illustré sur la figure, aussi à travers d'autres moyens mécaniques connus d'action transversale comme par exemple la rotation d'une came excentrique supportant le poinçon 13 ou le contre-poinçon annulaire 21, ces autres moyens n'étant pas illustrés pour des considérations de simplicité. Dans ces conditions, on effectue l'opération d'avancement du tube 2 d'un pas modulaire pour former une nouvelle lèvre 8 selon la même séquence que décrite précédemment. Le montage et la fabrication du radiateur sont réalisés de la manière suivante. Dans le cas de lèvres internes 5, comme illustré sur la figure 7, l'opérateur insère à froid l'extrémité de chaque tube interne 4 dans les deux tubes collecteurs 2 et 3, l'insertion s'effectuant par encastrement des deux extrémités de chaque tube 4 (éventuellement seulement des bordures réduites tronco-coniques 6 de la figure 6) dans les lèvres 5 pratiquées dans les collecteurs 2 et 3. On obtient ainsi la structure finale du radiateur thermique 1, cet assemblage mécanique étant stable grâce à la rigidité des encastrements des cols de tubes 4 dans les lèvres 5. On procède ensuite à la soudure (par exemple par soudure de brasage) de ces encastrements; opération pendant laquelle l'alliage de soudage 7 se glisse profondément par capillarité tout le long de la bordure du col des lèvres 5 (figure 8). On procède de manière analogue pour le second exemple d'application qui comprend des lèvres externes 8 (figure 10). Un avantage supplémentaire du procédé de réalisation d'une lèvre externe 8 ou interne 5 est qu'il rend aisé l'assemblage de tubes de formes diverses autres que circulairesr ce qui permet une flexibilité impossible par des technologies normales. on apporte les avantages d'un montage à froid d'une structure rigide du radiateur thermique, ce qui facilite l'opération de soudage, ce qui permet une soudure flanc contre flanc et non flanc contre extrémité sur des parois minces; et ce qui permet également d'opérer sur des tubes de formes diverses, autres que circulaires sans préjudice de la tenue de la jonction soudée et de l' esthétique. REVENDICATIONS 1 Radiateur en tubes métalliques soudés constitué par au moins deux tubes collecteurs latéraux et d'un ou d'une série de tubes intermédiaires parallèles entre eux caractérisé en ce que la jonction de soudage entre chacun de ces tubes et n'importe lesquels des deux collecteurs est obtenu en réalisant sur le collecteur ( 2) un trou à lèvres ( 5,8) orientées dans la direction du tube intermédiaire ( 4); en insérant l'extrémité ( 6) du tube intermédiaire dans lesdites lèvres pour former un encastrement i puis en réalisant une soudure. 2 Radiateur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soudure est réalisée par brasure. 3 Radiateur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur des lèvres ( 5,8) est de l'ordre de quelques millimètres, et donc supérieure à l'épaisseur du tube ( 2). 4 Radiateur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lèvres ( 5) sont tournées vers l'intérieur du tube collecteur ( 2). Radiateur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lèvres ( 8) sont tournées vers l'extérieur du tube collecteur. 6 Radiateur thermique selon la revendication 1, ou l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'une bordure de rétrécissement ( 6) tronco-conique ou troncocylindrique est prévue à proximité d'au moins une extrémité des tubes internes ( 4); ou bien un ébrasement par élargissement du col ( 8). 7 Procédé de fabrication d'un radiateur thermique en tubes métalliques soudés caractérisé en ce que, à l'intérieur il d'un tube collecteur ( 2) contenu entre deux coques ( 9,10) ouvertes longitudinalement, est prévu un couple de barres en contact selon une surface plane ou inclinée, et selon une position réciproque desdites barres, au moins l'une des barres ( 18,25) s'étendant longitudinalement selon l'axe du tube ( 2), un poinçon ou contre- poinçon annulaire ( 13,21) étant ménagé sur la seconde barre ( 14,20), ces poinçons et contre-poinçons venant en correspondance avec un poinçon externe ( 127,22) à mouvement radial. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on prévoit un soulèvement de la coque supérieure ( 10) contenant le tube ( 2) pendant la séquence de formation des trous à lèvres ( 5,8). 9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la barre ( 14,20) portant le poinçon ou le contre- poinçon ( 13,21) est accrochée en l'une des extrémités à une cheville ( 19) fixée à une des coques ( 9,10) porte-tubes. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le mouvement radial du poinçon ou contre-poinçon annulaire ( 13,21) est obtenu au moyen de rotations par une came excentrique en support desdits poinçon ou contre- poinçon, à la place d'un déplacement axial d'une barre.