Brevet FR2733555A1 — publié le 19961031

La présente invention concerne un ensemble comprenant un premier élément d'accouplement rapide qui peut être mis en coopération avec une seconde partie d'accouplement rapide par l'intermédiaire d'une partie d'interaction, dans lequel, pendant l'interaction, les parties sont mises en coopération à des pressions élevées ou à des valeurs élevées de pres- sions de crête. Des crêtes de pression ou pressions élevées dans ce cas désignent des pressions de 1 000 bar et plus. La retenue est réalisée par des organes de blocage qui, dans le cas considéré, peuvent être des billes de blocage, des tenons de blocage, des ensembles à baïonnette, etc. qui peuvent interagir avec la partie d'interaction pour le blo- cage des parties d'accouplement rapide. L'invention s'applique à divers types d'accouplements rapides qui doivent supporter des pressions ou crêtes de pression élevées. Par exemple, on peut citer l'accouplement rapide décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 289 164 qui comporte un embout d'insertion qui peut être introduit dans une partie femelle et bloqué sur celle-ci à l'aide d'organes de blocage sous forme d'un certain nombre de billes de blocage. L'embout d'insertion constitue une portion de la partie d'accouplement mâle de l'accouplement rapide à laquelle l'embout d'insertion peut être fixé par des joints, par exemple vissés, et mis en coopération étanche, avec des joints d'étanchéité. L'embout d'insertion doit notamment être formé avec une dureté telle qu'il sup- porte la pression élevée et les conditions de sécurité qui lui sont associées. Ces conditions de sécurité sont par exemple telles que l'accouplement doit supporter en pratique une pression qui est trois à quatre fois supérieure à la pression nominale. Ce fait indiaue que l'embout d'insertion de l'accouplement à haute pression est en général formé d'une couche à surface dure et de dimension relativement grande. La dureté de surface, par exemple dans l'embout et son joint vissé, présente un certain nombre d'inconvénients. Pour une pression élevée, l'embout a tendance à se fissurer dans la couche superficielle. Les fissures s'élargissent lors d'une utilisation de plus en plus intense et provoquent à la fin une rupture de l'embout sous l'action des pressions ou crêtes de pression élevées. L'invention a notamment pour objet d'empêcher cette formation de fissures et d'augmenter la résistance de l'élément d'accouplement rapide concerné aux pressions ou crêtes de pression élevées. La formation des fissures peut être amorcée par des organes de blocage qui sont repoussés à force sous l'action des forces dues à la pression du fluide, à des contraintes des raccords vissés de l'embout dans le cas de filets coniques, à des forces de contraintes externes, etc. Les organes de blocage ou billes de blocage provoquent l'application de charges ponctuelles très grandes dans la couche de surface de l'embout ou une couche équivalente de surface. Ces charges ponctuelles favorisent la formation des fissures qui empirent progressivement. La couche dure de surface de cette portion peut provoquer une détérioration indésirable des organes de blocage qui peuvent subir une détérioration de leur fonctionnement en conséquence. L'invention a aussi pour objet la solution de ce problème. Dans certaines situations, il est nécessaire de pouvoir réaliser l'accouplement rapide avec des dimensions clas- siques malgré le fait qu'il peut être utilisé à des pressions relativement élevées tout en résistant à ces pres- sions. L'invention permet aussi la solution de ce problème. Lors de l'interaction ou du blocage des parties d'accouplement rapide, il est souhaitable que la fonction de contact entre l'organe de blocage concerné (bille, crochet, etc.) et la surface de l'embout ou d'un élément équivalent puisse agir avec une fonction étendue de contact super- ficiel, c'est-à-dire par suppression d'une interaction ponctuelle pure et simple. Le but de cette opération est de permettre à la bille, au crochet ou à l'élément équivalent de supporter ou d'encaisser une force relativement grande sans déformation, formation de fissures, etc. L'invention permet aussi la solution de ce problème. Il est souhaitable d'empêcher l'apparition de micro- fissures dans l'embout et/ou le matériau de l'organe de blocage, car les microfissures peuvent constituer des indications d'une fissure lors des augmentations ultérieures de pression. Le rôle de la suppression de la formation des microfissures est essentiellement l'augmentation de la pression d'éclatement de l'embout. L'invention permet aussi la solution de ce problème et élimine de façon très importante le risque de formation de microfissures, signifiant en pratique que la résistance de l'embout soumis aux forces de pression augmente d'un facteur au moins égal à 3 par rapport aux éléments correspondants d'accouplement déjà proposés. Il est souhaitable, dans le cas de raccords vissés ayant des filets coniques dans des parties d'accouplement rapide, de tirer avantage de la résistance du matériau lors du serrage de l'embout ou de l'élément équivalent sur l'autre corps de partie d'accouplement afin qu'une étan- chéité satisfaisante soit obtenue dans le filet de raccor- dement, sans risque de formation de fissures. L'invention permet aussi la solution de ce problème. L'embout constitue un élément qui peut être soumis à de grandes forces extérieures de rupture qui sont dues aux forces agissant sur l'accouplement rapide pendant son utilisation en pratique. Les forces élevées peuvent aussi être appliquées par des tubes ou conduites de raccordement qui sont longs et lourds. Il est nécessaire que la formation de fissures soit compensée dans l'embout ou l'élément équivalent, même dans le cas de l'application de telles forces externes importantes. L'invention permet aussi la solution de ce problème. Au cours de la fabrication des accouplements rapides, il est nécessaire de pouvoir maintenir à une faible valeur les coûts des matériaux et de la fabrication, et aussi d'utiliser des procédés de fabrication qui conviennent d'un point de vue technique. L'invention permet aussi la solution de ce problème. L'invention concerne des perfectionnements apportés à des accouplements rapides connus et à des procédés de fabrication de tels accouplements. Une caractéristique de l'ensemble selon l'invention est que la partie d'interaction (par exemple un embout) est réalisée avec une couche de surface qui donne une flexibilité pratiquement sans fissure pour les organes de blocage. Une caractéristique supplé- mentaire est qu'une ou plusieurs couches placées sous la couche de surface possèdent une dureté supérieure à celle de la couche de surface pour la production de la résistance nécessaire à la pression élevée exercée par des fluides. Dans un mode de réalisation préféré, la couche de surface est destinée à permettre une interaction avec une surface sphérique formée sur l'organe respectif de blocage, à l'aide d'une partie en forme de chapeau placée sur cet organe. La surface d'appui de l'organe de blocage contre la couche de surface est ainsi considérablement agrandie par rapport aux ensembles connus. Dans le cas d'une configu- ration de bille de l'organe respectif de blocage, la partie en forme de chapeau peut constituer 1/2 000 à 1/500 fois la surface en forme de bille. L'invention peut être utilisée notamment dans une partie d'embout incorporée à la première partie d'accou- plement rapide et qui peut être introduite dans la seconde partie d'accouplement rapide (femelle) par l'intermédiaire de la partie d'embout ou avec celle-ci. L'ensemble de l'embout ou des parties au moins de l'embout qui inter- agissent avec les organes de blocage comportent l'ensemble à couches ayant une couche de surface qui est moins dure que les couches de matériau placées au-dessous. Ces contacts étendus d'interaction peuvent être obtenus avec une couche superficielle relativement tendre. L'élasticité de la couche de surface est utilisée pour empêcher la formation des microfissures. Le contact respectif entre l'organe respectif de blocage (bille de blocage) et le matériau de la surface de la partie d'interaction (embout) en présence de pressions relativement élevées ou de crêtes de pression permet à l'organe de blocage d'être en appui avec une fonction d'amortissement donnée par le matériau de la surface, sans formation considérable de fissures. Cela signifie que l'agrandissement des surfaces de contact entre l'organe de blocage et le matériau de la surface progresse et que la capacité d'encaissement de force est accrue grâce au support de l'organe de blocage assuré par les couches sous-jacentes plus dures. Dans un mode de réalisation préféré, la couche de surface a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,4 mm et de préférence entre 0,1 et 0, 3 mm. La dureté du matériau de la couche de surface est inférieure à la dureté du noyau ou des couches sous-jacentes de 10 à 50 unités Hvl (unités Vickers pour une force de mesure de 9,81 N). La couche de surface a une dureté de 500 à 540 Hvl. Les couches sous-jacentes ou noyau ont une dureté de 530 à 570 Hvl. Dans un mode de réalisation, la partie d'interaction ou l'embout est formé d'un matériau dont la ténacité peut être accrue et qui contient des quantités adaptées de carbone et de manganèse. Le soufre normalement présent dans un tel matériau est dans cas remplacé par du plomb incorporé afin qu'il empêche la formation de sulfure qui pourrait réduire la résistance transversale du matériau dans la partie d'interaction ou l'embout. Grâce aux caractéristiques indiquées, l'organe respec- tif de blocage peut être en appui avec une fonction ferme mais néanmoins tendre d'amortissement et peut encaisser ainsi une force relativement bien supérieure à celle qui est encaissée dans le cas o la bille ou un élément équivalent est en appui contre une surface dure. L'embout ou élément équivalent a une capacité d'encaissement des déformations élastiques du fait des pressions accrues, empêchant ainsi la tendance à la formation de fissures. Grâce au fait que les billes ne peuvent pas se déformer, la fonction de blocage obtenue est meilleure et plus sûre. Les déformations des billes ne peuvent pas par exemple provoquer un collage de la bille dans le trou associé de support dans la partie réelle d'accouplement. Grâce à l'invention, une bonne résistance mécanique est obtenue par utilisation d'une combinaison de dureté et de ténacité du matériau. Cette combinaison donne des avantages spéciaux précités à l'embout ou élément équivalent. Le matériau peut être un acier classique d'usinage qui est trempé. Le coût d'un tel matériau est particulièrement avantageux, et l'usinage et la fabrication peuvent être réalisés sans complexité très importante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un accou- plement rapide ayant des parties mâle et femelle à l'état accouplé, les parties étant bloquées par des organes de blocage sous forme de billes de blocage, avec un raccord de la partie mâle représenté de façon schématique; la figure 2 est une coupe longitudinale de partie illustrant la fonction de blocage indiquée sur la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale très agrandie montrant comment une surface d'organe de blocage interagit avec une couche de surface d'une partie d'embout ou d'élément équivalent dans le raccord rapide de la figure 1, des couches sous-jacentes étant aussi incorporées sous la couche de surface; et la figure 4 est une vue de bout de la partie de couche de la figure 3. L'invention est illustrée sur les dessins annexés dans le cas o une partie 1 formant un embout est fixée dans un corps 2 de partie mâle par un raccord vissé 3. La partie mâle peut être introduite avec la partie 1 d'embout dans une partie femelle 4, et les parties femelle et mâle peuvent être bloquées l'une sur l'autre de manière connue par des organes de blocage sous forme d'un certain nombre de billes 5 de blocage placées à la périphérie de la partie d'embout et qui, dans la position respective de blocage, subissent une action vers l'axe central 6 de l'accouplement rapide de manière qu'elles interagissent avec la partie d'embout grâce à la cavité annulaire 7. On peut se référer au brevet précité des Etats-Unis d'Amérique nO 4 289 164 pour la description détaillée de la construction de ce raccord rapide. La bille respective de blocage est en appui contre une surface 7a de la cavité 7. Une pression est transmise à un fluide de travail, qui est de préférence un fluide hydrau- lique, par les parties d'accouplement rapide ainsi raccordées. Un tube ou une conduite 8 de raccordement est connecté de manière connue à la partie mâle. Une force F de manoeuvre de la bille 5' agissant contre la surface 7a' sur la figure 2 peut ainsi être considérable. La figure 3 indique la construction de la partie d'embout qui comporte une couche 9 de surface et une ou plusieurs couches sous- jacentes 10. La couche de surface est relativement tendre et élastique si bien que la bille 5" peut s'enfoncer dans le matériau de la surface en établis- sant une surface 5a de contact qui est étendue ou plus grande qu'un appui ponctuel, comme indiqué par la référence b. La couche de surface est dans ce cas réalisée de manière que l'enfoncement de la bille puisse être effectué sans formation notable de microfissures. L'élasticité du matériau de la surface est utilisée pour l'obtention d'un organe con- formé 11 ayant une fonction d'amortissement dans la couche de surface, augmentant la capacité d'encaissement de force de la bille sans formation de fissures dans la couche de surface ni dans la bille. La couche de surface a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,4 mm et de préférence entre 0,1 et 0,3 mm. La figure 4 indique qu'un certain nombre de couches sous-jacentes 10', 12 peuvent être présentes. La partie femelle 4 peut avoir une construction analogue, c'est-à-dire qu'elle peut avoir une surface interne 4a d'une couche relativement moins dure et des couches sous- jacentes plus dures. La disposition de blocage peut être différente et peut par exemple commencer par l'appui de l'organe de blocage dans la partie d'embout, les organes de blocage dépassant dans une cavité de la partie femelle. La partie femelle seule peut avoir dans ce cas l'ensemble des couches, etc. Pour que les propriétés précitées des couches de sur- face soient obtenues, la sélection du matériau de l'embout est importante. Le matériau est destiné à permettre une augmentation de ténacité, c'est-à-dire que le matériau doit avoir des teneurs adaptées en carbone et manganèse assurant une telle augmentation de la ténacité. L'addition de soufre qui accroît normalement l'aptitude à résister aux forces latérales est remplacée dans ce cas par une addition de plomb, si bien que la formation d'un sulfure qui réduit la résistance transversale est réduite à une valeur minimale. Un traitement thermique est destiné à être réalisé en atmosphère de gaz protecteur, entièrement dépourvu d'ammoniac. La présence éventuelle d'ammoniac dans l'atmo- sphère gazeuse protectrice pourrait réduire les possibilités de recuit du matériau qui resterait dur et fragile malgré l'opération de recuit. La dureté de surface est destinée à être inférieure à celle des couches sous-jacentes comme indiqué précédemment et les valeurs minimale et maximale établies doivent se suivre avec des variations en parallèle. Il est important pour la fabrication de l'embout concerné ou d'un élément équivalent que le recuit soit réalisé dans une plage de température comprise entre 200 et 230 OC, inférieure à la zone de fragilité du matériau. Si l'opération de recuit est réalisée dans la plage de fragilité du matériau, la résistance est sérieusement compromise et le matériau ne peut pas être utilisé dans le cadre de l'invention. A cet égard, on utilise les principes de variation de la dureté en fonction de la ténacité ainsi que de la fragilité. Une bonne résistance mécanique, dans le cas de l'invention, est constituée par une combinaison de la dureté et de la ténacité. Cette combinaison donne les propriétés précitées qui sont particulièrement avantageuse dans le cas de l'invention. Le matériau qui est utilisé peut être formé d'acier classique pour machine qui peut subir une augmen- tation de ténacité. Le prix de l'acier est particulièrement avantageux. L'invention a pour objet ainsi la réalisation d'un élément (embout, partie d'embout, partie femelle, etc.) qui est fabriqué en une seule et même substance et qui a subi un traitement de surface donnant une couche de surface qui a une plus grande ténacité que la couche ou les couches placées à l'intérieur ou que le noyau, comme indiqué précédemment. Un certain effet de retour élastique peut être obtenu avec la couche de surface lorsque la force F' indiquée sur la figure 3 est supprimée. L'effet de retour élastique peut être réalisé totalement ou partiellement, c'est-à-dire qu'il peut correspondre en totalité ou en partie à la hauteur du chapeau. La force permise sur le matériau (par exemple un acier pour usinage) doit être inférieure à une limite don- nant une déformation de 0,2, en ce qui concerne l'élasticité et la ténacité de la couche de surface. Une bille de blocage de 5 mm, comme indiqué précédemment, peut par exemple donner une cavité en forme de chapeau dans la couche de surface telle que le diamètre de la cavité (éventuellement restante) est d'environ 0,5 mm. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté précédemment à titre d'exemple mais peut pré- senter des variantes entrant dans le cadre de la protection. La fabrication de l'organe (par exemple l'embout) peut commencer par la réalisation du corps d'acier avec un degré de dureté relativement faible (usinage facile) par exemple d'acier ayant une teneur en carbone comprise entre 0,05 et 0,15 %. Le corps produit est alors carbonisé en atmosphère d'un four contenant un gaz ayant une certaine quantité de carbone (produit liquéfié). De cette manière, la teneur en carbone est portée entre 0,4 et 0,9 % dans la couche de surface qui a une certaine épaisseur, par exemple comprise entre 0,4 et 0,8 mm. Après la création de cette couche de surface, le corps subit un traitement thermique, comme indiqué précédemment) afin que sa dureté diminue, par exemple de 10 à 50 Hvl, dans la partie de couche externe de la couche superficielle. La partie de couche externe peut être sélectionnée avec une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,4 mm et de préférence comprise entre 0,1 et 0,2 mm. De cette manière, une couche externe de dureté réduite est réalisée selon l'invention et est supportée par une couche sous-jacente de plus grande dureté. Sous cette dernière couche, la dureté du matériau est inférieure à la dureté de la couche sous- jacente. Grâce à cette opération et à ces caractéristiques, l'organe de corps de l'accouplement rapide peut être fabriqué avec un faible coût et par des techniques sans complexité. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. l1 REVENDICATIONS 1. Ensemble comprenant une première partie d'accou- plement rapide (1, 2) qui peut coopérer par interaction avec une seconde partie d'accouplement rapide (4) par utilisation d'une partie d'interaction (1), caractérisé en ce que, pendant l'interaction, les parties peuvent être mises en coopération à des pressions nominales ou de crête élevées supérieures ou égales à 1 000 bar par des organes de blocage (5) qui peuvent interagir avec ladite partie (1) lors du blocage des parties d'accouplement rapide, la partie d'interaction étant réalisée avec une couche de surface (9) qui donne une flexibilité pratiquement sans formation fis- sures au contact des organes de blocage (5), et une ou plusieurs couches (10, 12) placées au-dessous de la couche de surface (9) ont une dureté supérieure à celle de la couche de surface afin qu'elles donnent la résistance nécessaire en présence de la pression élevée exercée par des fluides. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'interaction comprend une partie d'embout placée sur la première partie d'accouplement rapide (1, 2) qui peut être introduite dans la seconde partie d'accou- plement rapide (4) par l'intermédiaire de la partie d'embout ou avec celle-ci. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les organes de blocage sont d'un type qui, pendant la fonction de blocage, donne des contacts ponctuels étendus (Sa) avec le matériau de la surface de la partie d'interaction, et la partie d'interaction a un ensemble à couche de surface et couches sous- jacentes au moins dans les parties qui peuvent interagir avec les organes de blocage. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contact respectif entre l'organe respectif de blocage et le matériau de la surface de la partie d'interaction, sous l'action de pressions permanentes ou temporaires élevées, permet l'appui de l'organe de blocage avec une fonction d'amortissement donnée par le matériau de la surface sans formation consi- dérable de fissures, les surfaces de contact de l'organe de blocage et du matériau de surface étant élargies et donnrmant une plus grande capacité d'encaissement de force à l'organe de blocage. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau de la surface réagit élastiquement aux interactions avec l'organe de blocage. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie d'interaction peut être fixée à la partie d'accouplement par des raccords, et l'ensemble à couches de surface et sous-jacentes est aussi placé au niveau des raccords afin qu'elles donnent une dureté analogue. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de surface a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,4 mm. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dureté du matériau de la couche de surface est inférieure à celle des couches sous-jacentes ou du noyau de 10 à 50 unités Hvl. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche de surface a une dureté comprise entre 500 et 540 Hvl. 10. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche ou les couches sous-jacentes ou le noyau sont choisis avec une dureté comprise entre 530 et 570 Hvl. 11. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'interaction (1) est formée d'un matériau dont la ténacité peut être accrue et qui a des teneurs adaptées en carbone et en manganèse, comprenant en outre du plomb destiné à éviter essentiellement la formation de sulfure de manière que le matériau de la partie d'inter- action possède une résistance transversale optimale. 12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de surface est destinée à permettre l'interaction avec une surface sphé- rique de l'organe respectif de blocage par l'intermédiaire d'une partie (5b) en forme de chapeau, et, dans le cas o l'organe de blocage respectif a une forme de bille, la partie en forme de chapeau est comprise entre 1/2 000 et 1/500 fois la surface en forme de bille.