Brevet FR2728667A1 — publié le 19960628

i L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un ou plusieurs tubes et une ou plusieurs ai- lettes de refroidissement traversées des tubes, dans le- quel les tubes possèdent une soudure s'étendant en direc- tion longitudinale et par laquelle sont soudés ensemble les bords d'un matériau en bande. L'invention concerne également de tels tubes et des procédés pour fabriquer l'échangeur de chaleur et les tubes. Elle est applicable notamment à la construction automobile. Il est généralement connu que le réseau ou "nid d'abeilles" d'un échangeur de chaleur est constitué d'un grand nombre d'ailettes de refroidissement traversées de plusieurs tubes. Afin d'obtenir une transmission de cha- leur optimale des tubes aux ailettes, ou inversement, les ailettes de refroidissement doivent s'appliquer sur une surface aussi grande que possible contre la paroi exté- rieure des tubes. On obtient ce résultat en élargissant les tubes après leur introduction dans le paquet d'ai- lettes. Une autre possibilité consiste à braser les tubes aux différentes ailettes. Dans ce but, les surfaces exté- rieures des tubes sont revêtues ou plaquées de matériau d'apport de brasage. On fait fondre ce matériau et on établit la liaison brasée dans un four à braser. Dans le but de réduire les coûts de fabrication de l'échangeur, on s'efforce d'établir la liaison entre le paquet d'ai- lettes et les tubes par un élargissement des tubes puisque l'on peut se dispenser dans ce cas du placage. Les tubes sans joints, c'est-à-dire les tubes étirés, filés à chaud ou déformés, conviennent particu- lièrement bien pour l'élargissement, mais sont plus coû- teux que les tubes soudés, de sorte que l'avantage écono- mique réalisé par l'élargissement est annulé. L'emploi de tubes soudés pose des problèmes. Sur ces tubes, la partie de la soudure faisant saillie de la surface extérieure du tube est certes enlevée par rabotage, mais l'enlèvement de la partie de la soudure faisant saillie de la surface intérieure du tube n'est généralement pas possible. Or, cette saillie formée par la racine de la soudure, provo- querait d'une part une usure excessive de l'outil d'élar- gissement lors de l'élargissement du tube puisque la ra- cine de la soudure est très dure; d'autre part, l'élar- gissement du tube serait insuffisant ou tout au moins in- défini dans la zone de la soudure puisque l'outil d'élar- gissement s'appliquerait non pas contre la paroi inté- rieure du tube, mais contre la saillie formée par la ra- cine de la soudure. Comme l'emplacement de cette racine n'est pas constant dans le cas des tubes ronds, ni dans le cas des tubes ovales, il n'est pas possible de doter l'outil d'élargissement d'une rainure pour recevoir la saillie de la racine de la soudure. En raison des tolé- rances, cette rainure devrait être extrêmement large, avec l'inconvénient qu'il n'y aurait pas d'élargissement ou de dilatation du tube dans la zone de la rainure. Il en résulterait une application médiocre sinon l'absence d'application de cette zone du tube contre les ailettes, avec l'inconvénient supplémentaire que la liaison ne ré- siste pas à la chaleur, de sorte qu'une telle liaison tube-ailettes possède une mauvaise transmission de la chaleur. Le but de l'invention est d'apporter un échan- geur de chaleur et un tube, de même que des procédés pour leur fabrication, avec lesquels la liaison tube-ailettes assure une meilleure transmission de la chaleur. On obtient ce résultat, avec un échangeur de chaleur du type mentionné au début, par le fait qu'au moins l'un des bords de bande à relier entre eux présente une plus faible épaisseur dans la région de ce bord que la partie restante de la section droite du matériau en bande et est pourvu en particulier d'un évidement. Selon un autre mode de réalisation, le tube présente, dans la zone de la soudure, un évidement s'étendant en direction de la soudure. Par cette exécution selon l'invention, c'est-à- dire avec l'évidement dans la zone de la soudure, on ob- tient l'avantage essentiel que l'évidement procure une plus faible saillie de la racine de la soudure, de sorte que les problèmes évoqués au début lors de l'élargisse- ment ont des effets moins nuisibles. Comme, selon un mode de réalisation avantageux, l'évidement est prévu sur la surface intérieure du tube, la majeure partie de la sail- lie de la racine de la soudure se trouve dans la zone de l'évidement et ne vient pas en contact avec l'outil d'élargissement. Lorsque l'évidement est formé par un chanfrein dirigé vers le côté intérieur du tube, on ob- tient en plus des conditions de soudage optimales. L'évi- dement constitué par le chanfrein ou par les chanfreins, peut être rempli entièrement ou partiellement par la ra- cine de la soudure. Selon un exemple de réalisation préféré, la largeur de l'évidement du tube est inférieure ou égale au quintuple de l'épaisseur de paroi du tube. Dans ce cas, l'évidement a la fonction supplémentaire de pouvoir rece- voir, lors de l'insertion du mandrin d'élargissement dans le tube, des matières étrangères ou des particules qui se détachent de la racine de la soudure, par exemple des ré- sidus granuleux de soudage ou analogues. Au cas o la profondeur de l'évidement est plus petite que la saillie de la racine de la soudure, l'évidement constitue un es- pace de refoulement pour la racine elle-même. La partie de la racine de la soudure faisant radialement saillie vers l'intérieur, au-delà de l'évidement, est alors re- foulée latéralement dans l'espace libre de l'évidement par l'outil d'élargissement. Selon un exemple de réalisation préféré, la profondeur de l'évidement est inférieure ou égale à 40% de l'épaisseur de paroi du tube et est en particulier comprise entre un tiers et un quart de cette épaisseur. Avec une telle profondeur de l'évidement, l'affaiblissment du tube par la diminution de l'épaisseur de paroi n'a aucune importance ou a seulement une importance très secondaire. L'affaiblissement de la paroi est négligeable surtout lorsque l'évidement est rempli par du matériau de la soudure. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes sont ronds, plats ou de forme plate ovalisée. L'invention est ainsi applicable à pratiquement tous les échangeurs de chaleur connus. Des modes de réalisation avantageux prévoient que la soudure de tubes de formes autres que circulaires en section droite se trouve dans la zone d'un grand rayon de courbure (du petit axe). Etant donné que, lors de l'élargissement de tels tubes, la zone d'un grand rayon de courbure, c'est-à-dire une zone pratiquement plane, est exposée à de plus faibles contraintes d'élargisse- ment, l'épaisseur de paroi peut y être diminuée sans que cela réduise la résistance du tube. En outre, les défor- mations lors du refaçonnage d'un tube soudé de section circulaire en une forme plate ou une forme plate ovali- sée, sont nettement plus faibles dans la zone d'un grand rayon de courbure que dans la zone d'un petit rayon de courbure (du grand axe). Comme matériau de départ pour fabriquer les tubes, on peut utiliser des bandes d'aluminium, des bandes d'acier fin ou, de manière générale, des bandes de matériau soudable. De plus, le matériau en bande peut comporter plusieurs couches, c'est-à-dire être plaqué d'un côté ou des deux côtés. Le placage est formé en par- ticulier d'un matériau de brasage fort. Sur un tube selon l'invention pour un échangeur de chaleur ayant les caractéristiques qui viennent d'être indiquées, il est avantageux de former l'évidement, avec ou sans enlèvement de copeaux, sur le matériau en bande, par exemple par laminage. Quant au procédé selon l'invention pour fabri- quer un tube soudé dont la soudure s'étend dans le sens de la longueur du tube et selon lequel le tube est fabri- qué par déformation d'un matériau en bande, le but men- tionné au début est atteint par le fait que, avant le soudage, on diminue l'épaisseur d'au moins l'un des bords de bande à souder ensemble. Cette réduction de l'épaisseur des bords de bande préalablement au soudage, s'effectue par exemple par chanfreinage ou laminage du bord de bande. Après le laminage, la largeur du matériau en bande peut être cali- brée par la coupe des rives. Surtout s'il s'agit de maté- riau en bande plaqué, étant entendu que le placage peut être unilatéral ou bilatéral, le laminage est préféré puisque cette opération ne supprime pas le placage. Conformément à l'invention, après la fin de l'opération de soudage, on enlève par rabotage la partie de la soudure faisant saillie de la surface extérieure. Le contour extérieur du tube correspond ensuite à l'ou- verture ou au soyage réalisé dans le paquet d'ailettes, de sorte qu'une application optimale de la surface exté- rieure du tube contre les ailettes est garantie. Après la fin de l'opération de soudage, le tube peut être transformé en un tube de forme plate ou de forme plate ovalisée. Il est ainsi possible de fabriquer des échangeurs de chaleur avec des tubes pouvant avoir toute forme désirée et des ailettes correspondantes, éga- lement avec la garantie que malgré l'emploi de tubes sou- dés, on obtienne un élargissement optimal et par suite une bonne application de la surface extérieure du tube contre les ailettes. De cette manière, le tube est non seulement appliqué par une grande surface contre le pa- quet d'ailettes, mais aussi contre le plateau à tubes et peut au besoin être soudé ou brasé à ce dernier. Les tubes peuvent aussi être brasés au paquet d'ailettes si les côtés extérieurs des tubes sont plaqués. On obtient ainsi une bonne transmission de la chaleur ez i'échangeur résiste à la chaleur dans une grande plage de température couvrant quelques centaines de degrés Celsius. D'autre avantages, caractéristiques et détails ressortent de la description suivante dans lequel un exemple de réalisation particulièrement préféré est expliqué de façon détaillée en référence au dessin. Les caractéristiques et particularités montrées dans le dessin et décrites dans la description peuvent être essentielles pour l'invention à titre individuel ou dans une combinaison quelconque. Sur le dessin: - la figure 1 est une coupe transversale d'un tube soudé; et - la figure 2 est un détail à plus grande échelle montrant la zone comportant la soudure. La figure 1 montre un tube plat ovalisé fabri- qué à partir d'un matériau en bande, non représenté, qui est d'abord courbé en une forme circulaire et dont les bords de bande 2 et 3 sont réunis par une soudure 4. Le tube 1 est ensuite transformé pour avoir la forme illus- trée. Avant la déformation du matériau Dlat en forme de bande, les bords 2 et 3 sont d'abord laminés, ce qui di- minue leur épaisseur D. L'opération de laminage crée sur les bords de bande 2 et 3 un évidement 5 dont l'épaisseur T correspond à 1/4 + 1/8 de l'épaisseur D. Dans l'exemple de réalisation montré, l'épaisseur D est de 0,4 mm et la profondeur T de l'évidement 5 est de 0,1 mrum. La largeur B de l'évidement 5 représente à peu près le quintuple de l'épaisseur de paroi D du tube, c'est-à-cdire environ 2 mm dans cet exemple. Il ressort également des figures 1 et 2 cue la transition de l'épaisseur D vers ce ie de la zone de l'évidement 5 s'effectue progressivement, ce qui évite des contraintes d'entaillage. Après la réunion des deux bords de bande 2 et 3 par la soudure 4, on enlève par rabotage la partie 7 de la soudure 4 faisant saillie de la surface extérieure 6 du tube, de sorte que la soudure 4 affleure ensuite cette surface extérieure. Une application continue du tube 1 contre les soyages d'un paquet d'ailettes ou du plateau à tubes est ainsi garantie. Sur le côté intérieur du tube 1, se trouve une saillie 8 de la racine de la soudure, qui dépasse de la surface intérieure 9 du tube 1. Dans le cas d'un soudage courant, cette saillie correspond au maximum à la profondeur T de l'évidement 5. De cette ma- nière, la saillie 8 de la racine de la soudure, disposée de façon encastrée dans l'évidement, n'affecte pas l'élargissement du tube 1. Généralement, l'évidement 5 sera réalisé avec une largeur B plus faible, de manière qu'elle dépasse de peu seulement la largeur de la saillie 8 formée par la racine de la soudure. Au cas o la saillie de la racine de soudure dépasse la profondeur T de l'évidement 5, la partie de cette saillie 8 débordant de l'évidement 5, sera refoulée latéralement dans l'espace libre de l'évidement, ce qui est possible sans problème en raison de la faible quan- tité de matière à refouler et de la place disponible. L'évidement 5 sert en outre, lors de l'élargissement du tube 1, c'est-àdire pendant l'introduction de l'outil d'élargissement, comme espace récepteur de matières étrangères et de particules se détachant de la racine de la soudure au moment de l'élargissement, se presentant généralement sous la forme de résidus granuleux de sou- dage, lesquels n'affectent donc plus l'opération d'élar- gissement. Etant donné que, dans un tube 1 selon l'inven- tion, la racine de la soudure ne dépasse plus ou ne dé- passe plus que légèrement du contour intérieur 10 du tube, l'outil d'élargissement n'est pas sollicité plus fortement à l'élargissement d'un tube 1 soudé que lors de l'élargissement d'un tube étiré sans joint. Le tube 1 selon l'invention permet ainsi, avec application d'une opération d'élargissement, de fabriquer des échangeurs de chaleur qui, du fait que les tubes 1 soudés sont plus économiques, sont moins onéreux que les échangeurs de chaleur comportant des tubes étirés ou com- portant des liaisons brasées entre les tubes et les ai- lettes. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comprenant un ou plu- sieurs tubes (1) et une ou plusieurs ailettes de refroi- dissement traversées des tubes (1), dans lequel les tubes (1) possèdent une soudure (4) s'étendant en direction longitudinale et par laquelle sont soudés ensemble les bords (2 et 3) d'un matériau en bande, caractérisé en ce que l'un au moins des bords de bande (2 ou 3) à souder ensemble présente une plus faible épaisseur dans la ré- gion de ce bord que le matériau en bande et est pourvu en particulier d'un évidement (5). 2. Echangeur de chaleur comprenant un ou plu- sieurs tubes (1) et une ou plusieurs ailettes de refroi- dissement traversées des tubes (1), dans lequel les tubes (1) possèdent une soudure (4) s'étendant en direction longitudinale et par laquelle sont soudés ensemble les bords (2 et 3) d'un matériau en bande, caractérisé en ce que le tube (1) présente, dans la zone de la soudure (4), un évidement (5) qui s'étend dans la direction de la sou- dure (4). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que l'évidement (5) est prévu sur la surface intérieure du tube (1). 4. Echangeur de chaleur selon une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que l'évidement (5) est formé par un chanfrein. 5. Echangeur de chaleur selon une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur (B) de l'évidement (5) du tube (1) est inférieure ou égale au quintuple de l'épaisseur de paroi (D) du tube (1). 6. Echangeur de chaleur selon une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la profondeur (T) de l'évidement (5) est inférieure ou égale à 40% de l'épaisseur de paroi (D) du tube (1) et est en particu- lier comprise entre un tiers et un quart de cette épais- seur de paroi. 7. Echangeur de chaleur selon une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les tubes (1) sont des tubes ronds, plats ou de forme plate ovalisée en section droite. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la soudure (4) de tubes (1) plats ou de forme plate ovalisée se trouve dans la zone d'un grand rayon de courbure du tube (1). 9. Echangeur de chaleur selon une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le tube (1) est formé d'un matériau à plusieurs couches, la surface extérieure (6) et/ou la surface intérieure du tube (1) étant constituée en particulier d'un placage. 10. Tube (1) pour un échangeur de chaleur selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évidement (5) est formé, avec ou sans enlèvement de co- peaux, sur le matériau en bande. 11. Procédé pour fabriquer un tube soudé (1), notamment pour échangeur de chaleur selon une des reven- dications 1 à 9 et en particulier un tube selon la reven- dication 10, dont la soudure (4) s'étend dans le sens de la longueur du tube (1), procédé selon lequel le tube (1) est fabriqué par déformation d'un matériau en bande, ca- ractérisé en ce que l'on diminue l'épaisseur (D) d'au moins l'un des bords de bande (2 ou 3) à souder ensemble. 12. Procédé selon la revendication 11, caracté- risé en ce que l'on diminue l'épaisseur (D) du bord de bande (2 ou 3) par chanfreinage. 13. Procédé selon la revendication 11, caracté- risé en ce que l'on diminue l'épaisseur (D) du bord de bande (2 ou 3) par laminage. 14. Procédé selon une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que, après la fin de l'opération de soudage, on enlève par rabotage la partie (7) de la sou- dure (4) faisant saillie de la surface extérieure (6) du tube (1). 15. Procédé selon une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que, après la fin de l'opération de soudage, on transforme le tube (1) en un tube de forme plate ou de forme plate ovalisée. 16. Procédé pour fabriquer un échangeur de cha- Leur en utilisant un tube (1) fabriqué d'après le procédé selon une des revendications 1i à 15, caractérisé en ce que, après l'introduction du tube (1) dans un paquet d'ailettes et/ou dans un plateau à tubes, on élargit le tube (1) radialement. 17. Procédé selon la revendication 16, caracté- risé en ce que l'on brase ou soude le tube (1) au paquet d'ailettes et/ou au plateau à tubes.