Brevet FR2916514A1 — publié le 20081128

Titre : Procédé d'assemblage entre une pièce de liaison et un échangeur thermique et dispositif de liaison pour la mise en oeuvre dudit procédé 10 La présente invention concerne un procédé d'assemblage entre une pièce de liaison et un échangeur thermique ainsi qu'un dispositif de liaison pour la mise en oeuvre dudit procédé. Elle concerne plus particulièrement mais non exclusivement une pièce de liaison en alliage léger brasée sur un collecteur d'échangeur 15 thermique de véhicule également en alliage léger permettant d'une part la reprise des efforts mécaniques existants entre cet échangeur et la structure du véhicule et d'autre part le passage sans fuite de fluide entre le collecteur et le reste du circuit du véhicule. Actuellement la pièce de liaison est conçue de telle sorte que les 20 deux fonctions de reprise d'effort et de transfert de fluide sont placées cote à cote. L'expérience montre que cette disposition crée des problèmes importants lors du brasage car la pièce de liaison a tendance à se déformer, principalement dans un mouvement de rotation, et à s'écarter du collecteur. Il s'ensuit des défauts de brasure conduisant à des ruptures locales et à des fuites 25 inacceptables. En effet le brasage est effectué à des températures de l'ordre ou supérieures à 600 C par contact de deux pièces en alliage léger dans une atmosphère neutre, après avoir éliminé la couche d'alumine éventuellement présente et après avoir déposé sur au moins une des surfaces à braser un 30 alliage métallique qui se liquéfie à une température légèrement inférieure. A ces températures les alliages d'aluminium deviennent plus mous et ont tendance à libérer leurs tensions internes. Il s'en suit des mouvements relatifs difficilement prévisibles. Par capillarité la brasure peut avoir lieu si les deux surfaces à braser ne sont pas parfaitement jointives, mais l'écart ne doit pas dépasser deux dixièmes de millimètre. Actuellement les écarts entre la pièce de liaison et le collecteur sont souvent supérieurs à deux dixièmes de millimètre, ce qui conduit à un taux de rebus trop important. Il est possible de remédier à ce problème en rajoutant de la pâte à braser pour combler l'espacement entre les surfaces à braser, mais cette opération est onéreuse en terme de produit et de temps de réalisation. L'invention parvient à résoudre les problèmes énoncés précédemment grâce à une pièce de liaison permettant d'une part la reprise des efforts mécaniques entre un collecteur d'un échangeur thermique à l'intérieur duquel circule un fluide sous pression et la structure d'un véhicule, et d'autre part le passage étanche de cloison du collecteur de l'échangeur thermique sans nécessiter d'apport de pâte à braser supplémentaire. Pour cela, la présente concerne un dispositif de liaison entre un collecteur d'un échangeur de chaleur à l'intérieur duquel circule, de façon étanche, un fluide sous pression et une structure d'un circuit permettant d'une part une liaison mécanique par reprise des efforts mécaniques entre ledit collecteur et ladite structure, et d'autre part le passage étanche de la cloison du collecteur de l'échangeur thermique, comprenant une pièce de liaison présentant deux faces opposées dans lesquelles débouchent un canal traversant, la première de ces deux faces étant munie d'une cheminée coaxiale audit canal, destinée à s'engager dans un perçage prévu dans le collecteur en vue d'un sertissage de ladite cheminée sur ledit collecteur, la pièce de liaison comprenant au niveau de la première face une plage de fixation par soudure sur le dit collecteur, cette plage étant déportée d'un coté par rapport à la dite cheminée, et au moins un point d'appui situé dans une zone diamétralement opposée à la plage de fixation par soudure par rapport à ladite cheminée, la deuxième face étant munie d'un moyen de fixation de la pièce de liaison à ladite structure. Dans des modes de réalisation non limitatifs, le dispositif selon l'invention pourra présenter les éléments et/ou les caractéristiques supplémentaires décrits ci-après pris isolément ou en combinaison : - la deuxième face comprend en outre un moyen de maintien supplémentaire au sertissage afin d'assurer le maintien du positionnement de la pièce de liaison par rapport au collecteur durant l'opération de soudage. - le moyen de maintien supplémentaire consiste à appliquer une précontrainte de ladite cheminé sur ledit collecteur. - le moyen de maintien supplémentaire comprend en plus du point d'appui une ligne de contact entre la pièce de liaison et le collecteur. - le moyen de maintien supplémentaire comprend un évidement comportant une contre dépouille, permettant une liaison mécanique par emboutissage du collecteur dans la pièce de liaison avant soudage. - ladite pièce de liaison et/ou le collecteur est/sont en alliage léger. - lesdites soudures sont des brasures. - le moyen de fixation de la pièce de liaison à ladite structure est disposé sensiblement au droit de la susdite plage de fixation par soudure. - ladite cheminée comporte à sa base un épaulement d'appui destiné à limiter la précontrainte appliquée entre la pièce de liaison et le collecteur lors du sertissage sous précontrainte de la pièce de liaison sur le collecteur. - le canal traversant est étagé. - l'alésage destiné à recevoir avec étanchéité la structure du circuit de fluide est de plus grand diamètre que celui du canal. - le moyen de fixation de la pièce de liaison sur ladite structure comprend un alésage fileté destiné à coopérer avec une vis de fixation traversant ladite structure. - ledit canal comprenant dans sa région adjacente à la deuxième de ces deux faces, un alésage destiné à recevoir avec étanchéité un tronçon de conduit du circuit de fluide. L'invention concerne également un procédé permettant de lier mécaniquement une pièce de liaison du type défini précédemment avec un collecteur d'un échangeur de chaleur faisant partie d'un circuit sous pression comprenant un orifice circulaire d'une part et d'autre part d'assurer sans fuite le cheminement du fluide sous pression du collecteur au reste du circuit, ce procédé comprenant les étapes suivantes consistant à : - mettre en contact la pièce de liaison précédemment définie avec le collecteur en introduisant la cheminée dans l'orifice circulaire du collecteur, - sertir la cheminée pour tenir la pièce de liaison bien en place par rapport au collecteur, - souder au moins les surfaces de contact de la plage de fixation et du collecteur et également les surfaces de contact entre le cylindre de perçage prévu dans le collecteur et la surface extérieure de la cheminée de la pièce de liaison. Avantageusement, le procédé de l'invention comprend, préalablement à l'étape de sertissage de la cheminée, une étape d'application d'une précontrainte entre la pièce de liaison et le collecteur. Selon une possibilité offerte par l'invention, il pourra être possible de prévoir une étape, suite à l'étape de sertissage de la cheminée, une étape d'emboutissage du collecteur dans l'évidement contenant une contre dépouille pour tenir la pièce de liaison bien en place par rapport au collecteur. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre 30 d'exemple non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : Les figures 1 et 2 représentent schématiquement une vue en coupe longitudinale et transversale de la pièce de liaison posée sur le collecteur d'un échangeur thermique. Les figures 3 et 4 représentent schématiquement une vue en coupe longitudinale et transversale de la pièce de liaison posée sur le collecteur d'un échangeur thermique alors qu'une contrainte est appliquée sur la pièce de liaison. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement une vue en coupe longitudinale et transversale de la pièce de liaison et du collecteur d'un échangeur thermique après sertissage. Les figures 7 et 8 représentent schématiquement une vue en coupe longitudinale et transversale de la pièce de liaison et du collecteur d'un échangeur thermique après sertissage et brasage. Les figures 9 et 10 représentent schématiquement une vue en coupe longitudinale et transversale de la pièce de liaison, du collecteur d'un échangeur thermique, l'ensemble étant relié à une structure, et à une tuyauterie. Les figures 11 et 12 représentent schématiquement une vue en coupe longitudinale et une section transversale de la pièce de liaison et du collecteur d'un échangeur thermique, et comportant en outre une ligne de contact 16 La figure 13 et 14 représentent schématiquement une vue en perspective et une section transversale d'une pièce de liaison comprenant un évidement 15. Dans cet exemple il a été illustré d'une part sur les figures 1 à 8 le montage d'une pièce de liaison 1 sur le collecteur 2 d'un échangeur thermique d'un véhicule automobile et d'autre part sur les figures 8 et 9 une fixation 12 de la pièce de liaison 1 sur un structure 13 du véhicule ainsi qu'un raccordement à un tronçon de conduit 14 du circuit de fluide sous pression. Selon ce mode d'exécution la pièce de liaison en alliage léger 1, de forme sensiblement parallélépipédique comprend deux faces opposées F1 et F2 dans lesquelles débouchent un canal traversant 3. La première de ces deux faces F 1 a une forme sensiblement cylindrique épousant la forme du collecteur et est munie d'une cheminée coaxiale 4 audit canal 3, destinée à s'engager dans un perçage 5 prévu dans le collecteur 2 en vue d'un sertissage 6 avec précontrainte de ladite cheminée 4 sur ledit collecteur 2. Ledit canal comprend dans sa région adjacente à la deuxième face F2 une section 7 destinée à recevoir avec étanchéité le tronçon 14 de conduit du circuit de fluide. La liaison mécanique entre la pièce de liaison est le collecteur est principalement assurée par une plage de fixation par soudure 10 sur ledit collecteur 2, cette plage 10 étant déportée d'un coté par rapport à la dite cheminée, et une plage d'appui 11 située au niveau de la première face dans une zone diamétralement opposée à la plage de fixation 10 par rapport à ladite cheminée. La deuxième face est munie d'un filetage 8 permettant la fixation de la pièce de liaison sur ladite structure disposée sensiblement au droit de la susdite plage de fixation 10. En outre la cheminée comprend sur sa partie extérieure un épaulement 9 dont la face radiale est décalée (en retrait) par rapport à la plage de fixation et de la plage d'appui. Ainsi lors du sertissage de la cheminée le collecteur se trouve localement déformé puisqu'il permet un appui sur ladite face radiale en exerçant sur la pièce de liaison et le collecteur une force de précontrainte tendant à les appliquer l'un contre l'autre. Les surfaces F1, F3, 5, sont alors prêtes à être brasées. Le procédé de fabrication d'un tel dispositif est décrit ci-après : - Etape 1 (figure 1) La pièce de liaison réalisée en alliage léger et préparée pour être brasée est positionnée sur le collecteur. La cheminée pénètre dans l'orifice circulaire du collecteur. Un jeu faible existe entre la cheminée et l'orifice du collecteur. La surface de la plage de fixation par soudure et la surface d'appui sont en contact avec la surface extérieur du collecteur. A cet instant il existe un jeu d'environ deux dixièmes de millimètre entre l'épaulement et le collecteur. - Etape 2 (figure 2) Par pression sur la partie centrale de la pièce de liaison, il est crée une précontrainte dans la pièce de liaison et également dans le collecteur. -Etape 3 (figure 3) Ensuite la cheminée est évasée à son extrémité pour venir sertir la pièce de liaison sur le collecteur. - Etape 4 (figure 4) La brasure peut alors avoir lieu sans risque de rotation ni décollement de la pièce de liaison par rapport au collecteur, et ainsi assurer un brasage de grande qualité. On peut ainsi réaliser une liaison de qualité entre un collecteur d'échangeur thermique tout en assurant les deux fonctions de liaison mécanique et de canalisation du fluide sous pression sans fuite. Il est également possible de prévoir un évidement dans la pièce de liaison, cet évidement comprenant une zone en contre dépouille. Lors du sertissage il est possible d'emboutir en outre le collecteur dans cet évidement. La pièce de liaison est alors maintenu à la fois par le sertissage et cet emboutissage. La pièce de liaison ainsi maintenue ne peut pas bouger durant le soudage, ce qui confère à l'assemblage une grande qualité de soudage. L'homme de l'art pourra appliquer ce concept à de nombreux autres systèmes similaires sans sortir du cadre de l'invention défini dans les revendications jointes, par exemple pour réaliser une pièce de liaison comprenant plus de deux fonctions de liaison mécanique et/ou de transfert de fluide. REVENDICATIONS 1. Dispositif de liaison entre un collecteur (2) d'un échangeur de chaleur à l'intérieur duquel circule, de façon étanche, un fluide sous pression et une structure d'un circuit permettant d'une part une liaison mécanique par reprise des efforts mécaniques entre ledit collecteur (2) et ladite structure, et d'autre part le passage étanche de la cloison du collecteur (2) de l'échangeur thermique, comprenant une pièce de liaison (1) présentant deux faces opposées (FI, F2) dans lesquelles débouchent un canal traversant (3), la première de ces deux faces (FI) étant munie d'une cheminée (4) coaxiale audit canal, destinée à s'engager dans un perçage (5) prévu dans le collecteur (2) en vue d'un sertissage (6) de ladite cheminée (4) sur ledit collecteur (2), la pièce de liaison comprenant au niveau de la première face une plage de fixation par soudure (10) sur le dit collecteur (2), cette plage étant déportée d'un coté par rapport à la dite cheminée (4), et au moins un point d'appui (11) situé dans une zone diamétralement opposée à la plage de fixation par soudure par rapport à ladite cheminée (4), la deuxième face (F2) étant munie d'un moyen de fixation de la pièce de liaison (1) à ladite structure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième face (F2) comprend en outre un moyen de maintien supplémentaire au sertissage afin d'assurer le maintien du positionnement de la pièce de liaison par rapport au collecteur durant l'opération de soudage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de maintien supplémentaire consiste à appliquer une précontrainte de ladite cheminée (4) sur ledit collecteur (2). 825 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de maintien supplémentaire comprend en plus du point d'appui (11) une ligne de contact (16) entre la pièce de liaison et le collecteur. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de maintien supplémentaire comprend un évidement (15) comportant une contre dépouille, permettant une liaison mécanique par emboutissage dû collecteur dans la pièce de liaison avant soudage. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce de liaison (1) et/ou le collecteur (2) est/sont en alliage léger. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites soudures sont des brasures. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de fixation de la pièce de liaison (1) à ladite structure est disposé sensiblement au droit de la susdite plage de fixation par soudure (10). 20 9 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cheminée (4) comporte à sa base un épaulement d'appui destiné à limiter la précontrainte appliquée entre la pièce de liaison (1) et le collecteur (2) lors du sertissage (6) sous précontrainte de la pièce de liaison (1) sur le collecteur (2). 25 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le canal traversant (3) est étagé. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alésage (7) destiné à recevoir avec étanchéité la 30 structure du circuit de fluide est de plus grand diamètre que celui du canal.1512. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de fixation de la pièce de liaison (1) sur ladite structure comprend un alésage (7) fileté destiné à coopérer avec une vis de fixation traversant ladite structure. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit canal comprenant dans sa région adjacente à la deuxième de ces deux faces (F2), un alésage (7) destiné à recevoir avec étanchéité un tronçon de conduit du circuit de fluide. 10 14. Procédé permettant de lier mécaniquement une pièce de liaison du type de selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 avec un collecteur d'un échangeur de chaleur faisant partie d'un circuit sous pression comprenant un orifice circulaire d'une part et d'autre part d'assurer sans fuite le 15 cheminement du fluide sous pression du collecteur au reste du circuit, ce procédé comprenant les étapes suivantes consistant à : - mettre en contact la pièce de liaison (1) précédemment définie avec le collecteur (2) en introduisant la cheminée (4) dans l'orifice circulaire du collecteur (2), 20 - sertir la cheminée (4) pour tenir la pièce de liaison (1) bien en place par rapport au collecteur (2), - souder au moins les surfaces de contact de la plage de fixation et du collecteur (2) et également les surfaces de contact entre le cylindre de perçage (5) prévu dans le collecteur (2) et la surface extérieure de la cheminée 25 de la pièce de liaison. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement à l'étape de sertissage de la cheminée (4), une étape d'application d'une précontrainte entre la pièce de liaison (1) et le collecteur 30 (2).5