Brevet FR2889280A1 — publié le 20070202

DISPOSITIF D'ETANCHEITE A JOINT EN METAL L'invention est relative à un dispositif d'étanchéité à joint en métal. Pour de nombreuses utilisations, il est nécessaire de faire appel à des joints d'étanchéité permettant d'isoler une enceinte de l'atmosphère extérieure. A cet effet, on utilise des joints emprisonnés entre deux brides. Les joints les plus courants sont en élastomère. Toutefois, un tel joint ne peut pas être utilisé pour toutes les applications. En particulier, quand l'enceinte à étanchéifier est soumise à un vide poussé, à une forte pression ou à des gaz réputés dangereux, on fait appel à un joint métallique. Un dispositif d'étanchéité à joint métallique de l'état antérieur de la technique est représenté sur la figure 1 qui est un schéma d'une demie coupe de deux brides assemblées avec un joint métallique. Comme représenté, un conduit 10 comporte deux parties 12 et 14 raccordées à étanchéité. A cet effet, la partie 12 se termine par une bride 16 et, de même, la partie 14 se termine par une bride 18. Les brides 16 et 18 sont en acier inoxydable et le joint d'étanchéité 20 est en cuivre. Ce joint d'étanchéité est de forme torique de section rectangulaire. Les brides étant identiques, il suffit de décrire l'une d'elles, par exemple celle de référence 16. Cette dernière comporte une face 26 perpendiculaire à l'axe 24 du conduit 10 qui présente une arête 28 au sommet d'une saillie 30 de section sensiblement en forme de triangle rectangle. La bride 16 se termine par une face 32 à plus grande distance, considérée selon l'axe 24, de la face 26 que l'arête 28. Lors de l'installation, des moyens de vissage, représentés par l'axe 34, rapprochent la face 32 de la bride 16 de la face correspondante de la bride 18. Dans ces conditions, les arêtes 28 des deux brides pénètrent dans les faces 36 du joint 20 qui sont perpendiculaires à l'axe 24 et le joint 20 flue, appliquant ainsi la face externe 38 de ce joint contre une face cylindrique correspondante 40 des deux brides. Le fluage appliquant la périphérie 38 du joint 20 contre la face 40 des brides résulte de la présence d'une face 41 inclinée des saillies 30. On assure ainsi une étanchéité entre l'intérieur du conduit 10 et l'extérieur 42. L'invention résulte de la constatation que, plus on exerce de pression entre les deux brides et plus les arêtes 28 se rapprochent l'une de l'autre. Il en résulte des risques de microfuites. L'invention remédie à cet inconvénient. Le dispositif d'étanchéité conforme à l'invention comporte deux brides métalliques à faces en regard et entre lesquelles est interposé un joint métallique, et il est caractérisé en ce que les brides comportent chacune une rainure, chaque rainure présentant, en section perpendiculaire aux faces en regard, au moins un côté incliné par rapport à la face de la bride et en ce que le joint métallique présente, en section, une forme et des dimensions telles qu'il pénètre dans les deux rainures et que le serrage rapprochant les faces actives des brides applique à force ce joint métallique contre les deux faces de chacune des rainures. Ainsi, par rapport au dispositif d'étanchéité de l'état de la technique, le joint ne flue pas et son épaisseur ne se modifie pratiquement pas puisqu'on évite la pénétration d'arêtes dans le joint. Au surplus, étant donné qu'il n'est pas nécessaire que des arêtes pénètrent dans le joint, les efforts exercés pour assurer l'étanchéité sont moins importants qu'avec le joint connu. En conséquence, on peut utiliser moins d'éléments de vissage qu'avec une bride connue. Dans un exemple, le nombre d'éléments de vissage est réduit de moitié. Dans une réalisation préférée, chaque rainure présente en section perpendiculaire à la face active de la bride un côté incliné par rapport à cette face active et un côté perpendiculaire à cette face, le joint présentant en section un côté, par exemple un côté externe, destiné à être appliqué contre le côté de la rainure qui est normal à la face active de la bride. Dans ce cas, le joint métallique d'étanchéité présente, de préférence, une section rectangulaire ou carrée et deux arêtes de ce joint sont destinées à être appliquées contre le côté incliné de chacune des rainures. Dans ces conditions, une face, par exemple sa face externe, du joint métallique s'applique avec une force optimisée contre le côté de la rainure qui est perpendiculaire à la face active de la bride. En variante, la section du joint est circulaire, ce 25 qui permet d'utiliser un fil. Dans une réalisation, le joint métallique présente une dureté inférieure à celle de la bride, au moins dans la partie de cette dernière qui comporte la rainure. Dans une réalisation de cette dernière disposition, au moins une bride et le joint sont réalisés en un même métal, tel que l'aluminium, et la bride est durcie dans la zone comportant la rainure. Par exemple, le joint est en aluminium pur de type A5 ou A1050. L'utilisation de l'aluminium pour former les brides et le joint a pour avantage qu'on peut utiliser ces dispositifs d'étanchéité dans des applications où il est nécessaire d'éviter des perturbations magnétiques car, alors, on n'a pas à faire appel à des traitements thermiques ou à un blindage magnétique. L'utilisation de l'aluminium pour former les brides et le joint a également pour avantage de remplacer le cuivre dans des applications de type nucléaire et à fort rayonnement neutronique. Dans une réalisation, au moins une des brides est en acier, notamment en acier inoxydable et le joint est en aluminium. Le dispositif conforme à l'invention est compatible avec les brides connues. En effet, on peut prévoir un joint logé dans les rainures délimitées par les faces 40 et 41 (figure 1). L'invention concerne aussi une bride pour dispositif d'étanchéité qui est destinée à coopérer avec une autre bride et un joint métallique interposable entre les deux brides, qui est caractérisée en ce qu'elle comporte une face active, destinée à être rapprochée de la face active de l'autre bride, qui présente une rainure de réception du joint métallique, cette face active étant dépourvue d'arête en saillie de cette face active. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une bride d'un dispositif d'étanchéité défini ci-dessus dans lequel la bride est durcie dans la zone comportant la rainure et qui est caractérisé en ce que, pour effectuer le durcissement avant réalisation de la rainure, on réalise une empreinte à force sur la face active de la bride. Dans ce cas, de préférence, après la réalisation de l'empreinte, on effectue un forgeage ou galetage de cette empreinte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description, non limitative, de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés, sur lesquels: la figure 1, déjà décrite, représente un dispositif d'étanchéité de l'état antérieur de la technique, la figure 2 est un schéma analogue à celui de la figure 1 mais pour un dispositif d'étanchéité conforme à l'invention, la figure 3 illustre une étape d'un procédé de fabrication d'une bride conforme à l'invention, et la figure 4 illustre une variante de réalisation d'un dispositif d'étanchéité conforme à l'invention. Le dispositif d'étanchéité représenté sur la figure 2 comporte deux brides en aluminium, respectivement 52 et 54, comprenant chacune une rainure, respectivement 56 et 58. Ces rainures 56, 58 ont la même forme et la même dimension. La rainure 56 comporte, en section, une face 60 parallèle à l'axe 24 et une face 62 inclinée par rapport à l'axe 24. Le joint d'étanchéité 66 est réalisé en aluminium et présente une forme torique de section rectangulaire. La face externe 68 du joint 66 est destinée à être appliquée contre les faces 60 des rainures 56 et 58 tandis que les arêtes internes, respectivement 70 et 72, du joint 66 s'appliquent contre les faces inclinées 62 des rainures 56 et 58. Lorsque l'on rapproche les brides 52 et 54 l'une de l'autre avec des moyens de vissage 34, la pression exercée sur les arêtes 70 et 72 par les faces inclinées 62 applique la face 68 externe du joint 66 contre les faces 60 des rainures. Il est préférable qu'au moins la zone des brides comportant les rainures soit d'une dureté sensiblement plus importante que la dureté du joint 66. Lorsque le joint 66 et les brides 52, 54 sont réalisés en un même matériau tel que l'aluminium, on fait subir un traitement de durcissement à la zone de la bride correspondante dans laquelle doit être réalisée la rainure. A cet effet, on applique une pression importante, par exemple de plusieurs tonnes, sur la zone 80 (figure 3) dans laquelle doit être réalisée la rainure de la surface active 82, perpendiculaire à l'axe 24, de la bride. Cette application à pression réalise une empreinte 84 et le durcissement est complété par un forgeage ou galetage qui consiste à appliquer à force un outil 86 du type molette qui parcourt l'empreinte annulaire 84. Après ce durcissement, on réalise par usinage la rainure correspondante 56 ou 58. Le dispositif d'étanchéité selon l'invention peut être utilisé avec des brides existantes du type de celles représentées sur la figure 1. A cet effet, on utilise, dans une bride classique 181r par exemple en acier inoxydable, la rainure ménagée par la face inclinée 411 et la face 401 qui, en coupe, est parallèle à l'axe 24. Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 4, le dispositif d'étanchéité comporte une bride classique 181 en acier inoxydable, une bride selon l'invention 541 et un joint d'étanchéité 661 en aluminium comme la bride 541. Il est à noter que, quel que soit le mode de réalisation, on obtient une bonne étanchéité en exerçant une force de serrage entre les brides qui est moins importante qu'avec le dispositif d'étanchéité connu. On peut ainsi utiliser un nombre d'éléments de vissage moins important que dans un dispositif d'étanchéité connu. En outre, la fiabilité de l'étanchéité est supérieure à celle que l'on obtient avec un dispositif classique, ce qui est particulièrement important pour des applications dans le domaine spatial et dans le domaine nucléaire pour lesquelles les joints ne peuvent pas être remplacés. Le dispositif d'étanchéité peut être utilisé à chaque fois qu'il est nécessaire d'obtenir un vide poussé. On peut citer à titre d'exemples, non limitatifs, outre les applications du domaine spatial et du domaine nucléaire, les équipements d'analyse de matériaux, les synchrotrons, et les machines utilisant des gaz réactifs ou des produits chlorés par exemple dans le domaine de la microélectronique ou des semiconducteurs. Ce dispositif d'étanchéité selon l'invention ne détériore pas la bride, contrairement à l'utilisation classique qui "émousse" la partie pointue du couteau de la bride. Le dispositif d'étanchéité selon l'invention peut ètre utilisé avec des brides carrées, rectangulaires ou d'une autre forme, telle qu'une forme toroïdale pour des accélérateurs de particules. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité comprenant deux brides métalliques à faces en regard et entre lesquelles est interposé un joint métallique, caractérisé en ce que les brides comportent chacune une rainure (56, 58), ces rainures étant en regard, chaque rainure présentant, en section perpendiculaire aux faces en regard, ou faces actives, un côté (62) incliné par rapport à la face de la bride et un côté (60) sensiblement normal à la face active de la bride, et en ce que le joint métallique (66, 661) présente en section une forme et des dimensions telles qu'il pénètre dans les deux rainures et que le serrage rapprochant les faces actives des brides applique à force ce joint métallique (66, 661) contre les deux faces de chacune des rainures. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en section perpendiculaire à la face active de la bride, chaque rainure présente un côté incliné par rapport à cette face active et un côté perpendiculaire à cette face active, le joint présentant, en section, un côté, par exemple le côté externe, destiné à être appliqué contre le côté de la rainure qui est normal à la face active de la bride. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint métallique d'étanchéité (66, 661) présente une section rectangulaire ou carrée, deux arêtes de ce joint étant destinées à être appliquées contre le côté incliné de chacune des rainures. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint métallique (66, 661) présente une dureté inférieure à celle de la bride, au moins dans la partie de cette dernière qui comporte la rainure. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une bride et le joint sont réalisés en un même métal, tel que l'aluminium, et en ce que la bride est durcie dans la zone comportant la rainure. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint métallique et au moins l'une des brides sont en aluminium. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une des brides est en acier, notamment en acier inoxydable, et en ce que le joint (661) est en aluminium. 8. Bride pour dispositif d'étanchéité destinée à coopérer avec une autre bride et un joint métallique interposable entre les deux brides, caractérisée en ce qu'elle comporte une face active, destinée à être rapprochée de la face active de l'autre bride qui présente une rainure de réception du joint métallique, cette face active étant dépourvue d'arête en saillie de ladite face active. 9. Procédé de fabrication d'une bride de dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour effectuer le durcissement avant réalisation de la rainure, on réalise une empreinte à force sur la face active de la bride. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce 20 qu'après la réalisation d'empreinte, on effectue un forgeage ou galetage de cette empreinte.