Brevet FR2721842A1 — publié le 19960105

PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT LE DEPOT DE REVETEMENT DANS DES ALESAGES DE PETIT DIAMETRE L'invention se rattache au secteur technique des traitements de surface et plus particulièrement à la dépose de revêtement à l'intérieur d'alésage de pièces tubulaires ou autres sections. II est connu, dans l'industrie, pour répondre à des problèmes de corrosion ou d'usure, de déposer des revêtements et similaires de matériau anti-abrasion pour répondre aux problèmes posés. Différentes techniques sont couramment utilisées et pratiquées, notamment des techniques de soudage qui sont développées lorsque les sollicitations auxquelles sont soumis les composants ou produits récepteurs concernés, dépassent un certain niveau. Cependant, les techniques de soudage utilisées trouvent des limites dans le fait qu'elles ne sont pas appropriées pour revêtir de matériau ou revêtement de protection des alésages de tubes ou pièces ayant des diamètres inférieurs à 50 mm notamment, et sur une grande longueur. Dans l'hypothèse où comme technique de soudage on utilise le chalumeau, cette technique est limitée essentiellement par les longueurs de pièces à travailler. Lorsque la technique de soudage fait référence au plasma transféré, on peut travailler et déposer des revêtements sur des pièces jusqu'à des diamètres d'alésage de l'ordre de 30 mm mais avec le double inconvénient d'une longueur de pièce traitée limitée et d'un transfert d'énergie très important pouvant affecter les caractéristiques du métal de base. II a également été proposé de déposer des revêtements dans des alésages de pièces ou tubes par la technique de refusion par induction mais dans ce cas-là seuls des matériaux à bas point de fusion peuvent être utilisés. L'objet de l'invention a pour but de remédier aux inconvénients et aux limitations des procédés actuels en proposant une solution nouvelle permettant le dépôt de revêtements à l'intérieur d'alésage de petit diamètre, sans être gêné ou limité par les longueurs desdits alésages, en permettant ainsi le dépôt des revêtements sur toute la longueur de l'alésage et dans des conditions de répartition très satisfaisantes et fiables. Ces buts et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Selon une première caractéristique, le procédé de dépose d'un revêtement dans un alésage de pièce ou tube de petit diamètre et de longueur quelconque, est remarquable en ce qu'il inclut les phases opératoires suivantes - Mise en place et positionnement de la pièce ou tube sur un support tournant autorisant l'accès à l'intérieur de l'alésage de la pièce ou tube. - Introduction du matériau anti-usure ou anti-corrosion à l'état de poudre dans l'alésage de la pièce ou tube. - Mise en rotation de la pièce ou tube à travers son support pour autoriser, par effet de centrifugation, le placage de la poudre sur la circonférence intérieure de l'alésage et la longueur de celui-ci. - Introduction à l'intérieur de l'alésage d'une ou de plusieurs fibres optiques susceptibles d'amener un faisceau laser orienté vers l'intérieur de l'alésage. - Mise en fonctionnement du faisceau laser pour assurer par fusion la transformation de la poudre sous forme liquide, celle-ci étant maintenu par l'effet de centrifugation sur le pourtour de l'alésage. - Déplacement progressif et contrôlé dans un mouvement réciproque de la pièce par rapport à la ou les fibres optiques associées au faisceau laser permettant, d'une part, de réaliser un effet de fusion continu de la poudre sur la longueur de l'alésage et autorisant, d'autre part, par retrait, le refroidissement de la poudre en fusion non sollicitée à nouveau par le faisceau laser. - Evacuation de la ou des fibres optiques et faisceau laser associé de l'intérieur de l'alésage de la pièce ou tube, puis, après refroidissement du revêtement, mise à l'arrêt de la rotation de la pièce ou tube par rapport à son support. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif permettant l'application du procédé est remarquable en ce qu'il comprend des moyens supports de la pièce ou tube comprenant un alésage destiné à recevoir un revêtement anti-abrasion, ou anti-corrosion ou autre traitement de surface, des moyens permettant la mise en rotation de la pièce ou tube pendant un cycle déterminé, des moyens supports d'une ou de plusieurs fibres optiques associées à un laser et autorisant leur déplacement limité à l'intérieur de l'alésage à traiter, et des moyens permettant la mise en fonctionnement du laser. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustré non limitativement aux figures des dessins où La figure 1 - est une vue à caractère schématique illustrant le dispositif selon l'invention dans sa phase de non fonctionnement. La figure 2 est une vue similaire à la figure 1 dans la phase du dispositif en fonctionnement. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative aux figures des dessins. La pièce ou tube destinée à recevoir intérieurement un revêtement est référencée dans son ensemble par (1). Elle est établie sous toute forme et profil appropriés et comprend un alésage (1.1) destiné à recevoir intérieurement le revêtement ou traitement de surface en général. La longueur de l'alésage est quelconque et le revêtement doit s'appliquer sur tout ou partie de sa longueur selon les caractéristiques particulières de la pièce. Le diamètre de l'alésage est également quelconque mais, de manière très avantageuse, dans le cadre de l'application de l'invention, il peut être inférieur à 50 mm. La pièce (i) est maintenue en position par un support référencé dans son ensemble par (2) qui peut être un dispositif tournant de telle sorte que la rotation de la pièce ait lieu par rapport à l'axe de l'alésage destiné à recevoir le revêtement. Le maintien de la pièce (1) est établi par rapport à son support par tout moyen approprié. La pièce et son support peuvent être montés tournants ensemble par rapport à une autre structure à position fixe où la pièce (1) peut être montée tournante par rapport au support (2) précité. II s'agit là de dispositions de montage connues de l'homme de l'art. II peut être prévu par ailleurs aux extrémités de l'alésage des plaques d'arrêt (3) permettant de contrôler et d'éviter l'échappement axial du revêtement après mise en position. Le revêtement référencé dans son ensemble par (7) est établi sous forme d'une poudre à partir de tout matériau approprié et choisi pour répondre aux caractéristiques de traitement de surface souhaité, anti-abrasion, anti-corrosion ou autre. Cette poudre est insérée à l'intérieur de l'alésage de la pièce lorsque celle-ci est en situation de non sollicitation à l'arrêt, et l'introduction et la mise en place de la poudre s'effectuant de toute manière appropriée à l'aide d'outils et instruments permettant la pose de la poudre sur tout ou partie de la longueur de l'alésage en fonction des besoins. Extérieurement, à la pièce (1) précitée, sont prévus des moyens référencés dans leur ensemble par (4) support d'une ou de plusieurs fibres optiques (5), ces moyens (4) étant susceptibles d'être translatés pour permettre l'introduction de la ou des fibres à l'intérieur de l'alésage sur tout ou partie de la profondeur de celui-ci et quel que soit le diamètre de l'alésage. La ou les fibres optiques sont agencées pour permettre I'intervention dsun ou de plusieurs faisceaux laser (6) reliés à un générateur, ces faisceaux laser étant orientés à leur extrémité libre pour être mis en regard de la paroi de l'alésage destinée à recevoir le revêtement choisi. L'ensemble du dispositif fonctionne selon un cycle d'intervention déterminé selon les phases opératoirs suivantes Après mise en place de la pièce ou tube sur le support tournant, le revêtement à l'état de poudre est disposé dans l'alésage de la pièce ou tube. Celle-ci est alors mise en rotation par rapport à l'axe de l'alésage, de sorte que la poudre par effet de centrifugation vient plaquer contre la paroi interne de l'alésage, selon une épaisseur souhaitée et déterminée et régulièrement répartie en fonction des quantités de poudre préalablement déposées. Lorsqu'après contrôle, ladite poudre est correctement répartie sur tout ou partie de la longueur de l'alésage, I'opérateur fait alors intervenir l'ensemble chauffant en permettant l'introduction de la ou des fibres optiques et du faisceau laser associé. La mise en fonctionnement du faisceau laser provoque, par un effet de chauffage, la fusion de la poudre directement in situ contre la paroi de l'alésage. Le temps de chauffage est déterminé en combinaison avec le temps de déplacement des fibres optiques et du faisceau laser à l'intérieur de l'alésage, dans des conditions satisfaisantes pour permettre d'une manière homogène et régulière, un retrait progressif de l'alésage et une solidification de la poudre en fusion établie sous forme liquide et faisant masse dans l'alésage. Le temps d'intervention est programmé en fonction de la nature du matériau, de l'épaisseur du film de poudre et du revêtement en général. L'opération de fusion de la poudre peut s'effectuer dans un sens de retrait des fibres et du faisceau laser associés, après introduction maximum dans l'alésage, ou dans une intervention inverse au fur et à mesure de la pénétration dans l'alésage. Le procédé et le dispositif sont adaptés pour travailler sur de alésages de pièces ou tubes de petit diamètre et de longueur quelconque et également sur des trous borgnes de profondeur quelconque. Les avantages, selon l'invention, sont extrêmement intéressants et importants en ce que le procédé et le dispositif permettent la dépose de revêtement dans des alésages de pièces ou tubes pour des dimensions alors difficilement réalisables voire impossibles. On contrôle par ailleurs très facilement l'épaisseur du film à obtenir en tenant compte des différents paramètres préétablis de dose de poudre sur tout ou partie de la longueur de l'alésage. En outre cette invention permet d'effectuer et de déposer des revêtements d'épaisseur plus faible par rapport aux techniques de soudage utilisées actuellement. Un autre avantage réside dans le fait que l'on peut limiter les zones affectées thermiquement dans la pièce elle-même par rapport aux autres techniques de soudage connues. Le dispositif selon l'invention peut également être automatisé, ce qui permet une régularité dans la qualité du revêtement posé. L'invention trouve de nombreuses applications et, à titre d'exemple non limitatif, on peut traiter des éléments tubulaires notamment pour l'armement, en permettant le dépôt de revêtement intérieur dans des tubes d'un diamètre de l'ordre de 20 mm. On peut également, par l'invention, traiter des cliquets pour centrales nucléaires pour lesquelles les solutions actuelles connues de soudage au chalumeau génèrent des problèmes et des risques en égard de la tenue à la corrosion, de la tenue mécanique, le taux de rebut n'étant pas négligeable. Une autre application utilisée de l'invention peut être par exemple les tubes de vérins pour vannes de sécurité. Le dispositif et le procédé selon l'invention peuvent être mis en oeuvre en atmosphère ambiante ou sous atmosphère protectrice telle qu'atmosphère sous vide. Les poudres utilisées peuvent être de toute nature en fonction des conditions d'application et des matériaux constitutifs des pièces elles-mêmes. Dans le cadre de l'installation incorporant le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, des moyens complémentaires peuvent être utilisés connus en tant que tels pour assurer le refroidissement des fibres optiques par exemple et tous autres aménagements qui sont nécessaires en vue d'une mise en oeuvre industrielle du procédé. REVENDICATIONS -1- Procédé de dépose d'un revêtement dans un alésage de pièce ou tube de petit diamètre et de longueur quelconque, caractérisé en ce qu'il inclut les phases opératoires suivantes - Mise en place et positionnement de la pièce (1) ou tube sur un support tournant (2) autorisant l'accès à l'intérieur de l'alésage de la pièce ou tube. - Introduction du matériau (7) anti-usure ou anti-corrosion ou autre à l'état de poudre dans l'alésage de la pièce ou tube. - Mise en rotation de la pièce ou tube à travers son support pour autoriser, par effet de centrifugation, le placage de la poudre sur la circonférence intérieure de l'alésage (1.1) et la longueur de celui-ci. - Introduction à l'intérieur de l'alésage d'une ou de plusieurs fibres optiques (5) susceptibles d'amener un faisceau laser (6) orienté vers l'intérieur de l'alésage. - Mise en fonctionnement du faisceau laser pour assurer par fusion la transformation de la poudre sous forme liquide, celle-ci étant maintenu par l'effet de centrifugation sur le pourtour de l'alésage. - Déplacement progressif et contrôlé dans un mouvement réciproque de la pièce par rapport à la ou les fibres optiques associées au faisceau laser permettant, d'une part, de réaliser un effet de fusion continu de la poudre sur la longueur de l'alésage et autorisant, d'autre part, par retrait, le refroidissement de la poudre en fusion non sollicitée à nouveau par le faisceau laser. - Evacuation de la ou des fibres optiques et faisceau laser associé de l'intérieur de l'alésage de la pièce ou tube, puis, après refroidissement du revêtement, mise à l'arrêt de la rotation de la pièce ou tube par rapport à son support. -2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet le dépôt d'un revêtement dans un trou borgne d'une pièce quelconque. -3- Dispositif permettant l'application du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens supports (3) de la pièce (1) ou tube comprenant un alésage (1.1) destiné à recevoir un revêtement (7) anti-abrasion, anti-corrosion, ou autre traitement de surface, des moyens permettant la mise en rotation de la pièce ou tube pendant un cycle déterminé, des moyens supports (4) d'une ou de plusieurs fibres optiques (5) associées à un laser (6) et autorisant leur déplacement limité à l'intérieur de l'alésage à traiter, et des moyens permettant la mise en fonctionnement du laser. -4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que des plaques d'arrêt (3) sont disposées sur la ou les parties débouchante de l'alésage ou trou borgne formé sur la pièce à traiter. -5- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le procédé est mis en oeuvre en atmosphère ambiante ou sous-atmosphère protectrice telle qu'atmosphère sous vide.