Brevet FR2790410A1 — publié le 20000908

PROCEDE DE FABRICATION D'EBAUCHES DE BRIDES ET BRIDE OBTENUE PAR CE PROCEDE DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un procédé conçu pour fabriquer des ébauches de brides, et notamment des ébauches de brides de grand diamètre, de préférence en alliage d'aluminium. Dans l'ensemble du texte l'expression "ébauche de bride" désigne une pièce semi-finie, de forme annulaire, destinée à former une bride présentant un diamètre important, pouvant atteindre plusieurs mètres, après un usinage de finition. L'invention concerne également une bride obtenue par le procédé selon l'invention, complété par une étape d'usinage de l'ébauche de bride. Le procédé selon l'invention peut être utilisé dans tous les cas o l'on désire réaliser une bride de relativement grande dimension, notamment en alliage d'aluminium. Une application privilégiée concerne les différentes brides entrant dans la fabrication des lanceurs, (réservoirs, éléments de liaison inter- étages, bâtis moteurs, adaptateurs de charges utiles, etc.). Etat de la technique Actuellement, le procédé le plus fréquemment utilisé pour réaliser les ébauches des brides utilisées sur les lanceurs est le procédé dit du "forgé laminé circulaire". Selon ce procédé, l'ébauche de bride est obtenue en effectuant, sur une machine spéciale, un laminage circulaire d'un anneau en alliage d'aluminium porté à haute température. L'ébauche circulaire ainsi obtenue est ensuite usinée, pour lui donner la forme et les dimensions requises. Ce procédé classique, utilisé notamment pour la fabrication des brides des lanceurs Ariane 4 et Ariane , donne des résultats satisfaisants. Toutefois, il nécessite la mise en oeuvre de machines spéciales, coûteuses et de très grandes dimensions et on ne réalise qu'une ébauche à la fois. Une autre technique a été utilisée, notamment pour fabriquer certaines brides équipant le lanceur Saturne V. Dans ce cas, chacune des brides était formée de quatre segments profilés, préalablement cintrés pour former un quart de cercle, puis soudés bout à bout, par faisceau d'électrons. L'ébauche circulaire ainsi obtenue était ensuite usinée, pour lui donner la forme et les dimensions requises, comme dans l'autre technique connue décrite précédemment. En partant de pièces élémentaires relativement petites, ce procédé permet de ne pas avoir recours à des machines spéciales de très grandes dimensions. Toutefois, comme le précédent, ce procédé ne permet de réaliser qu'une ébauche à la fois. De plus, le soudage de pièces en alliage d'aluminium par la technique du faisceau d'électrons engendre des dégradations locales. Pour tenir compte de ces dégradations, on est amené à augmenter les dimensions finales des brides, et notamment leur épaisseur. Cela se traduit par une augmentation globale de la masse du lanceur. En conséquence, pour des caractéristiques par ailleurs inchangées, la charge utile susceptible d'être emportée par le lanceur s'en trouve diminuée. Exposé de l'invention L'invention a principalement pour objet un procédé de fabrication d'ébauches de brides, permettant de réaliser simultanément plusieurs ébauches et de ne pas recourir à des machines spéciales de grandes dimensions. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyenr d'un procédé de fabrication d'ébauches de brides, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - cintrage d'au moins une tôle; soudage bord à bord de ladite tôle ou desdites tôles, pour former une ébauche tubulaire; et - découpe de l'ébauche tubulaire, perpendiculairement à son axe, en au moins deux tronçons dont chacun constitue une ébauche de bride. Avantageusement, on utilise au moins une tôle en alliage d'aluminium. Une étape de traitement thermique est alors mise en oeuvre après le soudage et avant un usinage ultérieur de chaque ébauche de bride, afin d'assurer dans celle-ci une homogénéité structurale de l'alliage d'aluminium. Dans ce cas, les dégradations locales engendrées par le soudage des tôles en alliage d'aluminium sont supprimées par le traitement thermique subi ultérieurement par l'ébauche. Par conséquent, les dimensions et la masse des brides restent optimisées. La charge utile susceptible d'être emportée par le lanceur, dans le cas o les brides sont destinées à cette application, n'est donc pas diminuée. De préférence, le traitement thermique comprend, successivement, les étapes suivantes: - mise en solution de l'alliage d'aluminium, à haute température (par exemple dans un four, entre environ 450 C et environ 480 C, pendant 2 à 4 heures); - trempe de l'alliage (par exemple dans un bac contenant un liquide réfrigérant); - revenu de l'alliage (par exemple dans un four, à une température initiale d'environ 110 C, pendant 5 à 7 heures puis à une température d'environ 170 C pendant 8 à 10 heures'-dans le cas d'un double revenu). Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on cintre une tôle rectangulaire unique, selon une section circulaire, puis on soude bord à bord les bords droits en vis-à-vis de cette tôle cintrée. Selon une variante de ce mode de réalisation, on cintre deux tôles rectangulaires de mêmes dimensions, selon une section semi- circulaire, puis on soude bord à bord les bords droits en vis-à-vis de ces deux tôles cintrées. L'invention a aussi pour objet une bride obtenue par le procédé qui vient d'être défini, suivi d'une étape d'usinage de l'ébauche de bride. Brève description des dessins On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - les figures lA et lB illustrent schématiquement deux étapes essentielles d'un mode de réalisation préféré du procédé de fabrication conforme à l'invention; et - les figures 2A et 2B sont des vues comparables aux figures 1A et lB, illustrant une variante du procédé de fabrication selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation préféré de l'invention Dans le mode de réalisation préféré de l'invention illustré schématiquement sur les figures 1A et lB, on utilise comme produit de base une tôle rectangulaire 10, en alliage d'aluminium. La tôle 10, initialement plane, présente une épaisseur légèrement supérieure à celle des brides à réaliser. L'une des dimensions de la tôle 10 (généralement, la longueur) correspond à la circonférence de la bride. L'autre dimension (généralement, la largeur) de la tôle 10 est généralement supérieure à la longueur cumulée des n brides que l'on désire réaliser à partir de cette tôle. Par ailleurs, la tôle 10 est réalisée en un alliage d'aluminium susceptible d'être utilisé pour la fabrication des brides de grand diamètre utilisées sur les lanceurs. Cet alliage est, de préférence, à durcissement structural. Toutefois, un alliage d'aluminium sans durcissement structural peut aussi être utilisé, mais ses performances sont plus faibles. Lors d'une première étape du procédé, la tôle est cintrée selon une section circulaire, de telle sorte que ses bords droits opposés se trouvent en vis-à-vis l'un de l'autre et pratiquement en contact selon une génératrice de la pièce tubulaire ainsi formée. La tôle 10 prend alors la forme illustrée sur la figure 1A. Cette étape de cintrage est réalisée avantageusement dans une machine de roulage incluant par exemple trois rouleaux d'axes parallèles. Lorsque le cintrage de la tôle 10 est terminé, on met en oeuvre une deuxième étape du procédé selon l'invention, consistant en un soudage bord à bord des bords droits en vis-à-vis de la tôle cintrée 10, selon une ligne de soudure 12. Cette opération de soudage est généralement effectuée selon la technique de soudage par faisceau d'électrons, à l'aide d'un canon à électrons. Lorsqu'elle est terminée, on obtient une ébauche tubulaire 14, telle qu'illustrée sur la figure 1A. Comme l'illustre très schématiquement la figure lB, une troisième étape du procédé selon l'invention consiste à découper l'ébauche tubulaire 14 en un certain nombre de tronçons dont chacun constitue une ébauche de bride 16. Plus précisément, la découpe de l'ébauche tubulaire 14 s'effectue perpendiculairement à son axe afin que les ébauches de brides 14 présentent bien la forme circulaire souhaitée. Il est à noter que ce procédé permet d'obtenir aussi bien des ébauches de brides 16 présentant toutes la même longueur, comme on l'a illustré sur la figure lB, que des ébauches de brides de longueurs différentes, lorsque l'application envisagée le nécessite. Il est à noter également que la découpe de chacune des ébauches de brides 16 peut se faire soit en découpant chaque ébauche l'une après l'autre en partant d'une extrémité de l'ébauche tubulaire 14, soit en découpant l'ébauche tubulaire en deux tronçons ou plus, puis en découpant tous les tronçons ainsi obtenus, ou seulement certains d'entre eux, afin d'obtenir les ébauches de brides présentant la ou les longueurs désirées. Lors de l'étape de soudage de la tôle 10 selon la ligne de soudure 12, l'alliage d'aluminium subit des dégradations locales de ses caractéristiques mécaniques. Pour compenser ces dégradations locales et garantir l'homogénéité structurale de l'alliage, on soumet à un traitement thermique soit l'ébauche tubulaire 14 obtenue immédiatement après le soudage, soit chacune des ébauches de brides 16, soit encore les ébauches de -plus grande longueur éventuellement obtenues lors d'une étape préliminaire de découpe de l'ébauche tubulaire 14. Dans tous les cas, ce traitement thermique est effectué avant l'étape ultime de fabrication des brides, au cours de laquelle les ébauches de brides 16 sont usinées, afin de leur donner leurs formes et leurs dimensions finales. Etant donné que ce traitement thermique est mis en oeuvre en partie dans un four, on l'applique de préférence aux ébauches de brides 14, afin de pouvoir utiliser un four de plus petites dimensions et donc moins coûteux. Le traitement thermique se décompose essentiellement en trois étapes. La première étape consiste en une mise en solution de l'alliage d'aluminium. L'ébauche est portée à haute température dans un four prévu à cet effet. Dans le cas des alliages d'aluminium utilisés habituellement, la température est comprise entre environ 450 C et environ 480 C, selon la nuance de l'alliage. La durée de cette étape est généralement comprise entre 2 à 4 heures. Cette première étape du traitement thermique a pour effet d'homogénéiser les différents éléments de l'alliage, y compris dans les zones de soudage o les caractéristiques mécaniques étaient initialement dégradées. La deuxième étape du traitement thermique est une trempe de l'ébauche. Elle consiste généralement à plonger l'ébauche dans un bac contenant un liquide réfrigérant. Enfin, la troisième étape du traitement thermique est un revenu. Au cours de cette étape, l'ébauche est à nouveau placée dans un four et amenée progressivement- à une température initiale d'environ C, à laquelle elle est maintenue pendant environ 5 à 7 heures. La température est ensuite amenée à une valeur d'environ 170 C et maintenue à ce niveau pendant environ 8 à 10 heures, dans le cas d'un double revenu. On laisse ensuite la pièce se refroidir naturellement jusqu'à la température ambiante. Il est à noter que les valeurs des températures et des temDs de revenu ne sont données qu'à titre d'exemples. En effet, ils sont très dépendants de la nuance de l'alliage. De plus, il peut y avoir un ou deux cycles de revenu, selon l'alliage et les effets désirés. Sur les figures 2A et 2B, on a illustré schématiquement une variante du mode de réalisation préféré de l'invention. Cette variante se distingue essentiellement du mode de réalisation décrit précédemment par le fait qu'au lieu d'être obtenue au moyen d'une seule tôle rectangulaire cintrée, l'ébauche tubulaire 14 est formée de deux tôles rectangulaires 10a et 10b de mêmes dimensions, préalablement cintrées selon une section semi-circulaire. Les deux tôles 10a et 10b sont ensuite placées avec leurs bords droits en vis-à-vis pratiquement en contact et soudées bord à bord le long de ces bords droits selon deux lignes de soudure 12a et 12b, comme le montre la figure 2A. On obtient ainsi une ébauche tubulaire 14. Toutes les autres étapes du procédé sont par ailleurs identiques à celles qui ont été décrites précédemment en se référant aux figures 1A et lB. Ainsi, comme l'illustre la figure 2B, l'ébauche tubulaire 14 est ensuite découpée afin d'obtenir des ébauches de brides 16. Par ailleurs, un traitement thermique analogue à celui qui a été décrit précédemment est appliqué soit à l'ébauche tubulaire 14, soit à chacune des ébauches de brides 16, soit à des ébauches intermédiaires éventuellement obtenues après une découpe partielle de l'ébauche tubulaire. Finalement, chacune des brides est obtenue en usinant, au tour horizontal, chaque ébauche de bride 16. Bien que l'invention s'applique avantageusement à la fabrication des brides utilisées sur les lanceurs, elle concerne plus généralement la fabrication de toutes brides de grandes dimensions réalisées notamment en alliage d'aluminium. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'ébauches de brides, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - cintrage d'au moins une tôle (10;10a, 10b); - soudage bord à bord de ladite tôle (10) ou desdites tôles (10a, 10b), pour former une ébauche tubulaire (14); et - découpe de l'ébauche tubulaire, perpendiculairement à son axe, en au moins deux tronçons dont chacun constitue une ébauche de bride (16); 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise au moins une tôle (10; 10a,lOb) en alliage d'aluminium et une étape de traitement thermique est mise en oeuvre après le soudage et avant un usinage ultérieur de chaque ébauche de bride (16), afin d'assurer dans celle-ci une homogénéité structurale de l'alliage d'aluminium. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le traitement thermique comprend, successivement, les étapes suivantes: - mise en solution de l'alliage d'aluminium, à haute température; - trempe de l'alliage; - revenu de l'alliage. 4. procédé selon la revendication 3, dans lequel la mise en solution de l'alliage d'aluminium s'effectue dans un four, à une température comprise entre environ 4500C et environ 480 C, pendant environ 2 à 4 heures. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel la trempe de l'alliage d'aluminium s'effectue dans un liquide réfrigérant. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le revenu de l'alliage d'aluminium s'effectue dans un four, à une température initiale d'environ 110 C pendant environ 4 à 7 heures, puis à une température d'environ 170 C pendant environ 8 à 10 heures. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on cintre une tôle rectangulaire unique (10), selon une section circulaire, puis on soude bord à bord (12) les bords droits en vis-à-vis de cette tôle cintrée. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on cintre deux tôles rectangulaires (0la,lOb) de mêmes dimensions, selon une section semicirculaire, puis on soude bord à bord (12a,12b) les bords droits en visà-vis des deux tôles cintrées. 9. Bride, caractérisée par le fait qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivi d'une étape d'usinage de l'ébauche de bride (16).