Brevet FR2803242A1 — publié le 20010706

L'invention se rapporte au soudage de deux surfaces de pièces qui, pour être soudables, comprennent nécessairement une matière plastique dans leur constitution. Il s'agit en particulier de souder bout à bout deux pièces plastiques, et tout particulièrement, des tubes disposés coaxialement et qui peuvent être en polyéthylène. Il est connu de souder des pièces plastiques de la manière suivante: - on dispose les deux pièces sensiblement coaxialement, avec leurs surfaces à souder en regard, chacune sur une partie d'un bâti, les deux parties du bâti étant mobiles l'une par rapport à l'autre, - on interpose un élément chauffant entre les surfaces en regard des pièces, -on rapproche axialement les surfaces des pièces l'une de l'autre et on fait chauffer ces surfaces par l'élément chauffant, jusqu'à une température de ramollissement de la matière plastique, pendant une durée déterminée, - on écarte ensuite axialement ces pièces et on retire l'élément chauffant, puis on rapproche de nouveau lesdites surfaces des pièces, jusqu'à les appliquer l'une contre l'autre, pour induire un soudage entre elles, - et on laisse refroidir les pièces ainsi soudées. Un tel procédé est décrit dans FR-A-2 691 666 et dans son correspondant américain US-A-5 620 625. Ainsi, sur la figure 1, on voit illustrée une machine de soudage classique comprenant un boîtier de contrôle 1 lié électriquement à un dispositif de dressage 3 permettant de dresser les extrémités des tubes 7, 9, à souder ensemble, et d'autre part un moyen de chauffage 5 de ces extrémités dressées, ce moyen de chauffage étant souvent appelé "miroir chauffant". Le boîtier 1 est également relié à une unité 17 de vérin du bâti sur lequel les tubes ont été coaxialement installés. Pour placer en position les pièces (tubes 7 et 9), la machine comprend donc un bâti 11 comportant deux groupes de cerclage 13, 15, équipés de mors de serrage (non représentés). Les cerclages associés à l'unité de vérin 17 permettent de déplacer en translation les deux tubes, dans l'axe 19 le long duquel ils ont été disposés. Des machines de ce type sont notamment fabriquées et distribuées par la société '"WIDOS" (Schillerstrasse 48, 4-2351 WR. NEUDORF, notamment sous la référence 4400 CNC Unit) ou encore "FUSION GROUP" (UK - Chesterfield Trading Estate - SHEEPBRIDGE - CHESTERFIELD, sous la référence S419 pz). On notera qu'une telle machine permet, en outre de dresser les faces des extrémités des pièces perpendiculairement à leur axe, d'aligner ces extrémités et d'écarter ou de rapprocher lesdites pièces, tout en autorisant la mise en place ou le retrait du dispositif de dressage et du miroir chauffant (voir également brevet EP 196 795 ou publication "KUNSTOFF EN RUBBER" Vol. 43, N 10, Octobre 1990 - ROTTERDAM; pages 59 - 61; J.C. MEIJERINK). Chacun des deux tubes peut être équipé d'un code d'identification 21, 23 qui peut se présenter comme un badge ou un label fixé au tube, et du type code-à-barres, voire piste magnétique ou puce électronique notamment. Grâce à ces codes et à des moyens de lecture et de traitement associés (non représentés), les paramètres de soudage vont pouvoir être automatiquement gérés. Typiquement, la matière plastique des pièces à souder est du polyéthylène (PEBD, PEHD, PEMD). Conformément à la technique connue dans l'art antérieur, et comme illustré schématiquement sur les figures 2 à 6, le processus de soudage peut s'opérer comme suit: Après mise en place, entre les extrémités correctement écartées des deux tubes, de l'appareil de dressage 3 (voir figure 2), l'unité de puissance du boîtier 1 va commander le déplacement de l'unité de vérin 17, avec une première mise sous pression convenable des tubes. Une fois cette opération de dressage/rabotage effectuée, la machine va commander l'écartement des tubes (figure 3) de manière que l'appareil 3 soit retiré et le miroir chauffant 5 soit introduit à sa place, comme illustré sur la figure 4. La phase de chauffage va alors être déclenchée, la machine commandant, après mise en température régulée (habituellement de l'ordre de 200 C à 250 C) des deux faces opposées de contact 5a, 5b du miroir 5, la mise en contact sous pression requise des tubes avec ces faces. La pression et le temps de contact avec le miroir seront suffisants pour que les matières des tubes s'échauffent jusqu'à se fluidifier et à fuser en formant les deux bourrelets 7a, 9a, la pression pouvant être réduite pendant le temps de chauffage avec ramollissement. A l'issue, la machine va commander les vérins pour de nouveau écarter les tubes, avec retrait du miroir chauffant (voir figure 5). Les tubes vont alors être de nouveau rapprochés et pressés l'un contre l'autre, à l'endroit de leurs extrémités fluidifiées, avec maintien sous pression jusqu'au refroidissement (voir figure 6). Pendant ce temps, les deux bourrelets 7'a, 9'a (plus importants en volume et dimension que les bourrelets 7 et 9) finissent de se former. Une fois les bourrelets refroidis, les deux tubes sont considérés comme soudés entre eux, bout à bout. Avec un miroir chauffant de l'art antérieur, un inconvénient réside dans la difficulté à obtenir un soudage réellement satisfaisant, en particulier en cas de non parallélisme des deux surfaces à souder et/ou de non perpendicularité de l'élément chauffant par rapport à l'axe commun de mise en place des pièces, lors du chauffage de ces dernières. Un objet important de l'invention est ainsi d'améliorer la qualité du soudage, en améliorant le positionnement relatif entre les pièces à souder et l'élément chauffant, lorsqu'il est interposé entre elles. Ainsi, une caractéristique de l'invention prévoit que, pendant l'étape de rapprochement des pièces en vue de leur chauffage par l'élément chauffant, on accorde à l'élément chauffant au moins l'un des degrés de liberté suivants par rapport à l'une au moins des pièces: - translation suivant l'axe commun des pièces, lequel présente un sens d'avance pour l'une au moins des pièces, et un sens de recul, - au moins une rotation autour d'au moins un axe transversal à l'axe commun des pièces (typiquement: rotation autour d'un axe transversal à l'axe commun des pièces et/ou mouvement de bascule (ou autre rotation) d'avant en arrière, dans un plan contenant l'axe commun des pièces), tout ceci pour que la position axiale et/ou angulaire de l'élément chauffant par rapport à l'axe commun des pièces s'adapte en fonction de ces pièces. De préférence, la(les) rotation(s) précitée(s) comprendront deux rotations possibles suivant deux axes non parallèles entre eux et chacun transversaux à l'axe commun des pièces. Cette adaptation axiale et/ou angulaire pourrait être prédéterminée par un réglage de la machine, préalablement au moment o les pièces viennent au contact de l'élément chauffant pour être portées à leur température de soudage. Au contraire de cela, l'invention conseille que, pendant l'étape d'interposition, l'élément chauffant soit positionné axialement et/ou angulairement sous l'effet d'une poussée exercée sur lui par l'une/ou l'autre des pièces, de telle sorte que c'est l'action de ces pièces sur l'élément chauffant qui détermine la position finale dans laquelle il se trouve lorsqu'il chauffe leurs surfaces à souder. En outre, pour optimiser l'efficacité de cette "adaptation" de la position de l'élément chauffant (sous l'effet direct des pièces, ou non), on combinera de préférence au moins les degrés de liberté suivants: translation et une rotation autour de l'(1l'un des) axe(s) transversal(transversaux), pour assurer un positionnement relatif des pièces et de l'élément chauffant, auto- angulairement et auto-axialement corrigé. Concernant maintenant la machine en elle-même, FR-A-2 691 666 décrit une telle machine qui comprend: - des premiers moyens de maintien de la première pièce et des seconds éléments de maintien de la seconde pièce, des moyens pour déplacer les premier et second moyens de maintien l'un par rapport à l'autre, suivant un axe de translation présentant un sens d'avance et un sens de recul, de manière à rapprocher ou à écarter l'une de l'autre les deux pièces maintenues, - un élément chauffant monté mobile sur un bâti et adapté pour être interposé entre les premier et second moyens de maintien. L'invention perfectionne cette machine sur tout ou partie des caractéristiques suivantes, pour que la position axiale et/ou angulaire de l'élément chauffant par rapport à l'axe commun des pièces s'adapte en fonction de ces pièces: - l'élément chauffant, ou le bâti sur lequel il est fixé, est monté avec une liberté de déplacement sensiblement suivant l'axe de translation par rapport aux moyens de maintien des pièces, pour se déplacer sensiblement suivant cet axe sous la poussée de l'une des pièces, lorsqu'elle est rapprochée de l'autre, - et/ou est monté flottant suivant au moins une rotation autour d'au moins un axe transversal à l'axe commun des pièces, - et/ou l'élément chauffant est suspendu à un portique vis-à-vis duquel il est monté librement pendulaire et/ou libre de basculement latéral, ce portique présentant la liberté de déplacement sensiblement suivant un axe de translation par rapport aux moyens de maintien des pièces. Dans ce dernier cas, on résoud le problème d'un positionnement de l'élément chauffant, de préférence vertical au repos, dans la mesure o l'on fait agir la gravité via la suspension de l'élément au bout d'un bras, sous le portique. Une description plus détaillée de l'invention va maintenant être fournie en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un dispositif de soudage bout à bout traditionnel, - les figures 2, 3, 4, 5, 6 illustrent schématiquement les principales étapes pour souder deux tubes aboutés, - les figures 7, 8, 9 montrent en perspective schématique la translation et les deux rotations possibles de l'élément chauffant, - la figure 10 montre les deux tubes en coupe verticale, avec une possibilité de translation et de basculement avant/arrière de l'élément chauffant, la figure 11 montre les tubes en coupe horizontale, avec une possibilité de translation et de basculement latéral de l'élément chauffant, - la figure 12 montre plus en détail, en perspective, le bâti support de l'appareil avec son miroir chauffant, - la figure 13 est une vue en coupe simplifiée, suivant la ligne XIII - XIII, de la figure 12, juste devant l'élément chauffant, - et la figure 14 est une représentation schématique d'une "vis" pour la rotation de l'élément chauffant. Sur les figures 7, 8 et 9, on voit donc représentés schématiquement trois degrés de liberté que peut avoir l'élément chauffant 5. Sur la figure 7 tout d'abord (o les deux tubes 7 et 9 à souder bout à bout ont été rappelés en trait fantôme), l'élément chauffant 5 est monté librement mobile en translation suivant (ou parallèlement à) l'axe commun des tubes, 19 (flèche 25: recul, flèche 27: avance). Sur la figure 8, la double flèche 29 montre le possible basculement avant/arrière de l'élément chauffant 5, dans un plan transversal à l'axe 19, l'axe de rotation (supposé horizontal) duquel ce mouvement de basculemrnent 29 s'opère (axe 33) étant perpendiculaire à l'axe 19. Sur la figure 9, la double flèche 35 autour de l'axe (supposé) vertical 37 (perpendiculaire de nouveau à l'axe 19 de déplacement relatif des tubes), matérialise l'autre basculement, ou deuxième rotation, que peut librement avoir l'élément chauffant 5, pour favoriser la qualité du soudage des tubes. On aura noté que les axes de rotation 35 et 37 sont en permanence transversaux entre eux et vis-à-vis de l'axe de translation 19. Les trois mouvements des figures 8, 9 et 10, peuvent être combinés ensemble, avec au moins une combinaison entre le mouvement de translation de la figure 7 et l'un des mouvements de rotation des figures 8 et 9. Avant de décrire plus en détail la constitution du bâti 11 au vu d'un tel élément chauffant flottant, on va rapidement expliquer l'effet produit par ce miroir "flottant", en supposant que les trois degrés de liberté sont autorisés. Ainsi, sur les figures 10 et 11, on voit les deux tubes 7 et 9 alignés suivant l'axe 19, avec le miroir chauffant 5 interposé entre eux. Bien que ceci n'ait pas encore été précisé, le miroir est supposé monté sur un bâti (ou portique) distinct, tel que schématisé en 39 notamment sur les figures 7 à 9, par l'intermédiaire d'un bras de suspension 41. Sur la figure 10, la vue est prise de côté et l'on constate que les faces d'extrémité (ou d'aboutement) 7a, 9a, des tubes sont inclinées par rapport à la verticale d'un angle oE non nul (angle volontairement exagéré sur la figure). Poussé vers l'avant, suivant l'axe 19 par son vérin (schématisé par la flèche 43), le tube mobile 9 va avancer vers le tube fixe 7, en entraînant au passage le miroir chauffant 5 qu'il va entraîner en translation suivant l'axe 19, dans le sens de la flèche 45. Parvenu au contact de la face 7a du tube 7, le tube 9 va en outre incliner "vers l'arrière" le miroir 5 (alors représenté en trait fantôme), dans le sens de la flèche 47. Les degrés de liberté des figures 7 et 8 ont ainsi été utilisés. Si l'on suppose en outre un défaut de perpendicularité d'un angle 13 (figure 11) vis-à-vis de ce même axe 19, suivant une coupe faite dans un plan horizontal, le même mouvement de rapprochement des tubes suivant la flèche 43 va provoquer, outre la translation axiale déjà citée (flèche 45) , un pivotement "latéral" du miroir 5 comme le montrent les flèches 49 de la figure 11. On a ainsi également utilisé le troisième degré de liberté (deuxième rotation autorisée) de la figure 9 (rotation autour de l'axe vertical 37). De cette manière, les deux extrémités 7a, 9a, des tubes vont pouvoir être uniformément chauffées par l'élément 5, ce qui permettra ensuite à ces deux extrémités de pouvoir être uniformément plaquées l'une contre l'autre pour la constitution de bourrelet régulier générateur d'un soudage de bonne qualité. Sur la figure 12, le bâti 11 porteur des cerclages 13, 15, de maintien des tubes, ainsi qu'en l'espèce du miroir chauffant 5 et de son portique 39, est représenté. L'élément chauffant 5 est escamoté, en position haute, au-dessus des cerclages, à l'intérieur d'un boîtier protecteur 51. Plus précisément, le portique 39 est interposé verticalement entre les deux unités de cerclage 13 et 15, avec le boîtier protecteur 51 disposé verticalement, à l'extrémité supérieure de deux montants verticaux de guidage 53, 55, le long desquels le barreau horizontal 57 support de l'élément 5 est monté verticalement coulissant. A leur extrémité inférieure, les deux montants latéraux 53, 55, sont montés autour de coulisseaux (dont l'un seulement, 59, est montré sur la figure 12) adaptés pour coulisser librement et horizontalement le long des barreaux horizontaux 61, 63, de liaison entre eux des cerclages (il peut s'agir du piston des vérins 17). De cette manière, l'élément chauffant 5 peut tout d'abord se déplacer horizontalement, d'avant en arrière, suivant l'axe 19., sous la poussée des tubes (plus précisément de l'un d'entre eux, en l'espèce). Pour être ainsi déplacé axialement, l'élément chauffant 5 aura tout d'abord été descendu, suspendu à son barreau-glissière 57, le long des montants verticaux 53, 55. Les positions haute et basse de l'élément chauffant 5 apparaissent d'ailleurs, respectivement en trait mixte et en trait plein, sur la figure 13 (o le boîtier 51 a été supprimé). En position basse, le cercle constitué par l'élément chauffant 5 en lui-même est coaxial à l'axe 19. Sur cette figure 13, on voit en 59 et 65, les coulisseaux de translation axiale de la potence 39 (et donc du miroir 5), le long des tubulures horizontales 61, 63. Pour les deux rotations (basculement latéral et mouvement pendulaire d'avant en arrière), on peut utiliser une ou plusieurs vis 69 (voir représentation agrandie sur la figure 14) dans l'espace 71 desquelles la barre de suspension 41 est montée tournante autour de l'axe vertical 37 (cette verticalité existant en l'absence d'une combinaison avec l'autre mouvement de rotation). L'engagement par l'extérieur de l'extrémité supérieure de la barre 41 dans la fente 71 de chaque vis permet ce basculement latéral dont il est fait état sur la figure 9. Pour la seconde rotation correspondant au mouvement basculant d'avant en arrière de la figure 8, chaque arbre 69, porté par le barreau 57, traverse ce dernier (alors rond en section) à l'endroit de gorges supérieure 75 et inférieure 77 ménagées deux à deux, l'une sur l'autre, à travers le barreau, avec chacune une longueur compatible avec l'angulation souhaitée. Ainsi supportée la(chaque) vis 69 dont la tête supérieure ressort et prend appui sur les bords d'une gorge supérieure 73, peut basculer d'avant en arrière comme indiqué par les flèches 29 sur la figure 8, tout en pouvant si nécessaire tourner autour de l'axe 37 qui, même lorsqu'il n'est pas vertical, passe par la barre 41 et l'élément chauffant 5. Bien entendu, d'autres solutions pour l'articulation du miroir chauffant et/ou suivant l'une et/ou l'autre des rotations des figures 8 et 9 auraient pu être retenues (telles par exemple qu'un système à rotule, à lame flexible et/ou propre à subir une torsion,...). Pour la translation axiale, on notera également que l'on a schématisé en 79a, 79b, un système à roulettes qui pourrait remplacer les coulisses 59, 65 (seul l'un des deux systèmes à roulettes a été représenté sur ces figures 7 à 9). Sur la figure 7, la flèche 43 indique d'ailleurs le sens axial de rapprochement du tube 9 vers le tube 7, alors que l'élément chauffant 5 est en position basse "active", interposé entre les extrémités d'aboutement de ces deux tubes. Comme déjà indiqué, le fait de suspendre l'élément chauffant 5 permet de conserver naturellement une verticalité au repos. Si cet aspect est négligé, on peut envisager que les axes de rotation de l'élément 5 soient situés sur l'élément lui-même, par exemple en son centre, de manière qu'ils intersectent l'axe 19 lors d'une rotation de l'élément. Le portique pourrait donc être remplacé par un chariot porteur de l'élément 5 et monté mobile en translation suivant l'axe 19. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage pour souder deux surfaces en matière plastique, de deux pièces, le procédé comprenant les étapes suivantes: - on dispose les deux pièces (7, 9) sensiblement coaxialement, avec leurs surfaces à souder en regard, chacune sur une partie d'un bâti, les deux parties (13, 15) du bâti étant mobiles l'une par rapport à l'autre, - on interpose un élément chauffant (5) entre les surfaces en regard des pièces, - on rapproche axialement les surfaces (7a, 9a) des pièces l'une de l'autre et on fait chauffer ces surfaces par l'élément chauffant, jusqu'à une température de ramollissement de la matière plastique, pendant une durée déterminée, - on écarte ensuite axialement ces pièces et on retire l'élément chauffant, puis on rapproche de nouveau lesdites surfaces des pièces, jusqu'à les appliquer l'une contre l'autre, pour induire un soudage entre elles, - et on laisse refroidir les pièces ainsi soudées; caractérisé en ce que, pendant l'étape de rapprochement des pièces en vue de leur chauffage par l'élément chauffant, on accorde à l'élément chauffant (5) au moins l'un des degrés de liberté suivants, par rapport à l'une au moins des pièces: translation suivant l'axe (19) commun des pièces, lequel présente un sens (43) d'avance pour l'une au moins des pièces, et un sens de recul, - au moins une rotation (29, 35; 47, 49) autour d'au moins un axe (33, 37) transversal à l'axe commun des pièces, pour que la position axiale et/ou angulaire de l'élément chauffant par rapport à l'axe commun des pièces s'adapte en fonction de ces pièces. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la(les) rotation(s) comprennent deux rotations possibles suivant deux axes (33, 37) non parallèles entre eux et transversaux à l'axe (19) commun des pièces. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que, pendant l'étape de rapprochement des pièces (7, 9) en vue de leur chauffage par l'élément chauffant, ce dernier est positionné axialement et/ou angulairement par rapport à l'axe (19) commun des pièces sous l'effet d'une poussée exercée sur lui par l'une/ou l'autre des pièces, de telle sorte que c'est l'action de ces pièces sur l'élément chauffant (5) qui détermine la position finale dans laquelle il se trouve lorsqu'il chauffe leurs surfaces à souder. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on combine au moins les deux degrés de liberté suivants: - translation (25, 27) et une rotation autour de l'(l'un des) axe(s) transversal(transversaux) (33, 37), pour assurer un positionnement relatif des pièces et de l'élément chauffant, auto-angulairement et autoaxialement corrigé. 5. Dispositif de soudage, pour le soudage bout à bout entre elles, de deux pièces (7, 9) en matière plastique, comprenant: - des premiers moyens (13) de maintien de la première pièce et des seconds moyens (15) de maintien de la seconde pièce, - des moyens (17) pour déplacer les premier et second moyens de maintien l'un par rapport à l'autre, suivant un axe de translation (19) présentant un sens d'avancement et un sens de recul, de manière à rapprocher ou à écarter l'une de l'autre les extrémités en regard (7a, 9a) des deux pièces maintenues, - un élément chauffant (5) monté mobile sur un bâti (39) et adapté pour être interposé entre les premier et second moyens de maintien, caractérisé en ce que l'élément chauffant, ou le bâti sur lequel il est fixé: - est monté avec une liberté de déplacement (25, 27) sensiblement suivant l'axe de translation (19) par rapport aux moyens de maintien des pièces, pour se déplacer sensiblement suivant cet axe sous la poussée de l'une au moins des pièces, lorsqu'elle est rapprochée de l'autre, - et/ou est monté flottant en rotation autour d'au moins un axe de rotation (33, 37) transversal à l'axe (19) commun des pièces, pour que la position axiale et/ou angulaire de l'élément chauffant par rapport à l'axe commun des pièces s'adapte en fonction de ces pièces. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément chauffant (5) est monté avec deux degrés de liberté de rotation suivant deux axes (33, 37) de rotation, non parallèles entre eux et transversaux à l'axe (19) commun des pièces. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément chauffant est lié à un portique (39) auquel il est suspendu, mobile suivant l'un et/ou l'autre desdits axes de rotation (33, I5 37), par l'intermédiaire d'un bras (41), ce portique présentant la liberté de déplacement (25, 27) sensiblement suivant un axe (19) de translation, par rapport aux moyens (13,15) de maintien des pièces. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que: - l'un des axes (37) de rotation de l'élément chauffant (5) est un axe vertical, pour compenser une angulation de l'une au moins des pièces par rapport à une horizontale, perpendiculaire à l'axe (19) commun des pièces, et /ou l'autre axe de rotation (33) assure un basculement de l'élément chauffant autour d'un axe horizontal, pour compenser une angulation de l'une au moins des pièces par rapport à une verticale, perpendiculaire à l'axe (19) commun des pièces.