Brevet FR2925374A1 — publié le 20090626

La présente invention concerne un procédé de soudure par points pour l'assemblage d'éléments tubulaires pour radiateurs à fluide caloporteur et les radiateurs réalisés par ce procédé. Les radiateurs à fluide caloporteur sont constitués d'un assemblage d'éléments tubulaires comprenant généralement des tubes chauffants reliés à des conduites collectrices (conduites d'arrivée de fluide chaud et conduite de collecte du fluide refroidi). Le fluide caloporteur circule dans l'ensemble de ces éléments tubulaires par l'intermédiaire d'orifices ménagés en vis-à-vis dans les conduites collectrices et dans les tubes chauffants. Lesdits tubes chauffants sont généralement soudés directement aux conduites collectrices au niveau de leurs zones de contact en vis-à-vis incluant les orifices de circulation du fluide. La soudure permet à la fois la fixation des éléments tubulaires entre eux et l'étanchéité de la communication du fluide entre une conduite collectrice vers et à partir du tube chauffant. Des défauts de soudure pouvant générer des défauts d'étanchéité, au niveau des orifices, la soudure des éléments tubulaires entre eux doit donc être réalisée avec soin. Un des buts de la présente invention est de simplifier et de fiabiliser la soudure desdits éléments tubulaires, en particulier lorsque ces derniers sont disposés en croix. Or la soudure entre les tubes chauffants et les conduites collectrices, pour les radiateurs à fluide caloporteur, est réalisée classiquement par un procédé de soudure électrique. Ce procédé consiste à serrer, entre deux électrodes, ces deux éléments tubulaires l'un contre l'autre puis à faire passer entre ces deux électrodes, pendant un temps très bref, un courant de forte intensité. Le passage du courant, associé à l'effort mécanique qui presse les éléments tubulaires l'un contre l'autre, soude ces derniers dans la zone où ils sont en contact. Lorsque la soudure est bien réalisée elle forme, au moins, un cordon étanche autour de l'orifice prévu pour le passage du fluide caloporteur d'un élément tubulaire à l'autre. La fiabilité de la soudure dépend donc directement de la maîtrise des contacts entre le tube chauffant et la conduite collectrice, et donc de leur positionnement relatif l'un par rapport à l'autre. 2 De manière classique, le tube chauffant et la conduite collectrice à souder sont disposés en croix, généralement perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. Lorsque ces deux éléments tubulaires présentent tous deux une forme cylindrique, la zone de contact se situe à l'intersection des génératrices des deux éléments tubulaires ; elle est donc assez précise, car "ponctuelle". Lorsque l'un des deux éléments tubulaires a une forme sensiblement plane dans la zone de contact, par exemple si cet élément possède une section rectangulaire, la zone de contact est moins précise, car sensiblement "linéaire". Lorsque les deux éléments tubulaires présentent une forme sensiblement plane dans la zone de contact, la zone de contact est encore moins précise, car sensiblement "surfacique". La fiabilité des soudures lorsque les zones de contact sont "linéaires" ou "surfaciques" impose une fabrication très précise des tubes et un positionnement très précis de ces tubes avant leur soudure. Or parmi les radiateurs, les radiateurs sèche-serviettes de type arborescents mettent en oeuvre des assemblages dans lesquels les tubes chauffants, sensiblement horizontaux, sont connectés à une conduite de distribution et une conduite de collecte sensiblement verticales situées à proximité l'une de l'autre, laissant libre au moins une des extrémités des tubes chauffants pour y apposer des serviettes, comme décrit dans la demande de brevet français FR 07-06235. Ces conduites servent également de montants support des dits tubes chauffants. Chacun des tubes chauffants nécessite, selon FR 07-06235 une chambre interne unique sans cloisonnement dans laquelle circule le fluide caloporteur et comporte en conséquence deux orifices communiquant respectivement avec la conduite de distribution et la conduite de collecte du fluide. Ces deux orifices sont donc ménagés, pour chaque tube chauffant, à proximité l'un de l'autre. Une forme avantageuse de ces tubes chauffants est une forme de lame parallélépipédique de section rectangulaire, l'orifice d'entrée du fluide chaud étant disposé en partie haute, et l'orifice de sortie du fluide refroidi étant disposé en partie basse de la lame. Pour la soudure de ces tubes chauffants aux conduites de distribution et de collecte, on se trouve donc dans la situation d'une zone de contact de type "linéaire" (si les 3 conduites sont cylindriques) ou de type "surfacique" si les conduites présentent une surface plane en vis-à-vis des tubes chauffants. Le problème est donc de mettre au point un procédé de soudure permettant d'assurer un contact suffisamment précis entre le tube chauffant et la conduite, afin d'être sûr que la soudure soit réalisée en conférant une étanchéité parfaite du passage du fluide entre les orifices du tube chauffant et de la conduite collectrice. Le problème à résoudre est également, dans le processus de soudure des éléments tubulaires disposés en croix, d'assurer un positionnement relatif du tube chauffant et de la conduite collectrice suffisamment précis pour ne pas obturer l'un ou l'autre des orifices, ni réduire leur section de passage, lors de la soudure et de respecter ainsi la dimension prévue de la section de passage d'un tube chauffant vers la conduite collectrice et réciproquement. Ces contraintes de positionnement sont en outre accentuées pour les radiateurs de type sèche-serviettes arborescents, dont les conduites collectrices sont disposées à proximité l'une de l'autre. En effet, dans ce type d'assemblage, pour des raisons d'encombrement, il est difficile de souder une lame à chacune des conduites collectrices séparément. Il est donc nécessaire de placer avec une grande précision les trois éléments tubulaires l'un par rapport aux autres, en tenant compte également de l'emplacement respectif de chacun des orifices. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités en proposant un procédé de soudure garantissant un contact très précis entre les zones, sans nécessiter un usinage très précis des tubes, mais en facilitant le positionnement précis des éléments tubulaires entre eux avant leur soudure. A cet effet, le procédé de soudure électrique pour l'assemblage d'éléments tubulaires pour radiateur à fluide caloporteur, notamment de soudure d'au moins un tube chauffant avec une conduite collectrice, disposés en croix et présentant des orifices en vis-à-vis en vue d'assurer la communication du fluide à l'intérieur desdits éléments tubulaires, comportant le serrage, entre deux électrodes, desdits éléments entre eux pour créer une zone de contact des parois externes desdits éléments et la réalisation de la soudure au niveau de ladite zone de contact par passage d'un courant de forte intensité pendant un temps très bref, est, selon l'invention, caractérisé en ce que, 4 avant l'étape de serrage entre les électrodes, sont ménagées dans la paroi externe d'au moins un des éléments tubulaires à souder une première zone d'appui, dite zone d'appui initial, et une seconde zone d'appui, dite zone d'appui final après soudure des éléments tubulaires, la première zone d'appui étant localisée à la périphérie d'au moins un des orifices de communication de fluide et formant une protubérance par rapport à la seconde zone d'appui. Ainsi, le prépositionnement des éléments tubulaires l'un par rapport à l'autre avant soudure est facilité. Lors de l'application du courant, le métal des parois externes des éléments tubulaires métalliques en contact l'une avec l'autre au niveau de la première zone d'appui, entre en fusion. Sous l'effet de la forte pression appliquée sur les éléments tubulaires pris en mâchoire entre les deux électrodes, la protubérance s'affaisse et vient se situer dans le prolongement (c'est-à-dire dans le même plan si cette zone d'appui final est plane) de la zone d'appui final desdits éléments. De manière avantageuse, la première zone d'appui formant protubérance est localisée exclusivement à la périphérie du ou des orifice(s). La surface de la zone de contact initiale des éléments tubulaires avant soudure est minimale, pouvant se réduire à un cordon annulaire autour dudit orifice. Cette surface réduite diminue de ce fait le nombre de points de passage du courant et par conséquent la quantité d'énergie nécessaire lors de la soudure. Lorsque la première surface d'appui est localisée exclusivement à la périphérie d'au moins un des orifices de communication du fluide caloporteur, la zone soudée s'étend sur une zone annulaire autour desdits orifices, plus ou moins étendue selon la hauteur initiale de la protubérance. En effet, lors de la fusion du métal la protubérance s'aplatit et au moins une portion de la zone d'appui final peut être liée au métal en vis-à-vis et ainsi englobée dans la zone soudée. La première zone d'appui formant protubérance est obtenue, de préférence, par déformation locale d'une portion de la paroi de l'élément tubulaire. La protubérance est ainsi réalisée sans apport de matière. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la déformation locale est obtenue 35 par élargissement de la section dudit élément tubulaire au niveau de la zone périphérique de l'orifice. Selon un second mode de réalisation de l'invention, la déformation locale est obtenue par rétrécissement de la section dudit élément tubulaire dans la région adjacente à la zone périphérique de l'orifice. 5 De manière avantageuse, le procédé de soudure de la présente invention peut s'appliquer à un élément tubulaire constituant le tube chauffant qui comporte une chambre interne unique sans cloisonnement et deux orifices, un orifice d'entrée et un orifice de sortie, ménagés soit à proximité de la même extrémité dudit tube chauffant, soit au niveau de la zone médiane dudit tube chauffant. L'élément tubulaire peut alors être, selon une première variante, soudé à une conduite collectrice unique, dont le volume interne est avantageusement compartimenté de manière à ce que l'un des compartiments corresponde à l'arrivée du fluide caloporteur chaud, et un autre compartiment au retour du fluide refroidi. Dans ce cas, la présence de la protubérance permet de s'assurer que la soudure s'effectuera bien simultanément autour de chacun des deux orifices afin d'assurer une parfaite étanchéité du passage du fluide. Selon une seconde variante, chaque tube chauffant peut être soudé à deux conduites collectrices situées à proximité l'une de l'autre, une conduite pour le fluide chaud et une conduite pour le fluide refroidi. Ainsi, l'opération de soudure peut s'effectuer entre un tube chauffant et deux conduites collectrices simultanément, grâce au bon positionnement des trois éléments tubulaires l'un par rapport aux autres. Il en résulte un gain de temps appréciable des différentes opérations de soudure pour l'assemblage d'un radiateur complet. La présente invention concerne également un radiateur à fluide caloporteur constitué d'un assemblage de tubes chauffants et d'au moins une conduite collectrice, qui est caractérisé en ce que la soudure des tubes chauffants et de la conduite collectrice est effectuée par le procédé de soudure décrit ci-dessus, les tubes chauffants étant tous de forme et de taille identiques. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 10 6 La figure 1 est une vue partielle en élévation d'un assemblage d'éléments tubulaires d'un radiateur à fluide caloporteur ; La figure 2 est une vue en coupe de deux éléments tubulaires avant soudure selon un premier mode de réalisation de l'invention ; La figure 3 est une vue en coupe de deux éléments tubulaires avant soudure selon un second mode de réalisation de l'invention ; La figure 4 est une vue en coupe partielle selon AA de la figure 1 correspondant aux éléments tubulaires après soudure. La figure 5 est une vue en perspective d'une zone d'assemblage d'éléments tubulaires 15 présentant les zones d'appui selon le second mode de réalisation de l'invention. Le procédé selon la présente invention permet par exemple de réaliser un radiateur 1 assemblé selon le schéma présenté sur la figure 1. 20 Ce radiateur 1 est, à l'état assemblé, constitué de divers éléments tubulaires métalliques comprenant une première conduite collectrice 2 destinée à véhiculer le fluide caloporteur chaud, une seconde conduite collectrice 3 pour collecter le fluide caloporteur froid et généralement d'une pluralité de tubes chauffants 4 (un seul est représenté ici) disposés perpendiculairement auxdites conduites collectrices 2, 3, 25 comme visible sur le haut de la figure 1. Chaque tube chauffant 4 comporte de préférence une chambre interne unique et deux orifices respectivement d'entrée 5 et de sortie 7 du fluide. En partie basse du radiateur, le fluide caloporteur est chauffé par une résistance 30 chauffante 9 reliée à une alimentation électrique 10. Le fluide caloporteur chaud monte alors dans la conduite collectrice 2 chaude puis quitte cette dernière par chaque orifice 6 de sortie de conduite chaude pour entrer dans les tubes chauffants 4 correspondants par leurs orifices d'entrée 5 de tube respectifs. Après s'être refroidi, le fluide caloporteur ressort ensuite du tube chauffant 4 par chaque orifice 7 de sortie de 35 tube et entre dans la conduite collectrice froide 3 par l'orifice 8 correspondant d'entrée de conduite froide. 7 Les paires d'orifices communicants entre eux, à savoir d'une part les orifices de sortie 6 de conduite collectrice et d'entrée 5 de tube chauffant et d'autre part, les orifices de sortie 7 de tube chauffant et d'entrée 8 de conduite collectrice sont placés en vis-à-vis et l'étanchéité du passage du fluide est assurée par un cordon de soudure ménagé à leur périphérie. Le radiateur 1 présenté sur cette figure 1 est constitué de deux conduites collectrices 2, 3 cylindriques sur lesquelles sont soudés une pluralité de tubes chauffants 4 de 10 section rectangulaire, dont un seul est représenté ici. Le procédé de soudure réalisé entre les éléments tubulaires est un procédé de soudure électrique de type soudure par points. Ce procédé de soudure consiste à serrer les deux éléments à souder entre deux électrodes, puis à faire passer entre les 15 deux électrodes, pendant un temps très bref, un courant de forte intensité. Le passage du courant soude les deux éléments tubulaires dans la zone où ces derniers sont en contact. Pour souder chaque tube chauffant 4 sur les deux conduites collectrices 2, 3, en formant des cordons de soudure étanches autour des paires d'orifices 5, 6 et 7, 8 en vis à vis, les électrodes viennent serrer les parois des éléments tubulaires, au droit 20 desdites paires d'orifices 5, 6 et 7, 8. Selon la présente invention, avant le passage du courant en vue de la soudure, au moins l'un des éléments tubulaires à souder est déformé localement, comme décrit ci-après. 25 Selon un premier mode de réalisation, présenté à la figure 2, la paroi de la conduite collectrice 2 située autour de l'orifice de sortie 6 a été préalablement élargie (par exemple par emboutissage) de manière à former une zone de forme annulaire dépassant de la paroi de la conduite située autour de cette dite zone annulaire. Cette 30 zone annulaire peut, par exemple, être plane, similaire à un disque, dont le centre correspond à l'orifice 6. Cette zone annulaire autour de l'orifice 6 constitue une première zone d'appui 11 formant protubérance par rapport à la surface qui l'entoure, constituant une seconde zone d'appui 12, et permet de garantir que le tube chauffant 4 sera en contact avec la paroi externe 13 du tube chauffant 4 en vis à vis, dans la 35 région des orifices 5 et 6, lorsque ces éléments tubulaires seront serrés entre eux 8 avant leur soudure. Cette surface de contact permet d'assurer une soudure formant un cordon, étanche, au moins autour des orifices 5 et 6. De manière similaire, la conduite collectrice 3 (non représentée sur la figure 2) présente une protubérance annulaire localisée autour de l'orifice d'entrée 8 pour constituer une première zone d'appui avec la région correspondante du tube chauffant 4 située autour de l'orifice de sortie 7, par rapport à une seconde zone d'appui finale. La hauteur de la protubérance est limitée (de l'ordre de quelques millimètres), si l'on to veut que le tube chauffant 4 vienne s'appuyer sur la conduite collectrice 2 sur l'ensemble de la seconde zone d'appui final, après soudure des deux éléments tubulaires respectifs 2, 4. Il est possible également de prévoir une protubérance d'une hauteur supérieure, pour limiter l'étendue de la zone d'appui final entre les éléments tubulaires 2, 4 après soudure. 15 Selon un second mode de réalisation, présenté à la figure 3, la protubérance formant la première zone d'appui 11' est ménagée (ici sur le tube chauffant 4) par rétrécissement de la section du tube chauffant dans la région adjacente à la zone périphérique de l'orifice d'entrée 5. La seconde zone d'appui 12' correspond à la paroi 20 externe rétrécie du tube chauffant 4 en vis-à-vis de la conduite collectrice 2. Il est également possible, pour garantir un contact encore meilleur dans les zones des orifices 5 et 6, respectivement 7 et 8, avant la soudure des éléments tubulaires, de déformer à la fois la conduite collectrice 2, respectivement 3 et le tube chauffant 4 25 dans les zones périphériques de leurs orifices en vis-à-vis. A la fin du processus de soudure, les surfaces en vis-à-vis des conduites collectrices et du tube chauffant 4 sont rapprochées l'une de l'autre, voire en appui l'une sur l'autre, comme représenté en coupe sur la figure 4. 30 La figure 5 présente en perspective les parois embouties des conduites collectrices 2, 3 pour constituer des zones en retrait 14 par rapport au reste de la paroi externe de ces conduites. Les zones en retrait 14 s'étendent axialement sur une surface de longueur approximativement voisine de la largeur I d'un tube chauffant, mais laissant 35 inchangées les zones annulaires autour des orifices de sortie 6, respectivement d'entrée 8, des conduites 2, 3. Ces zones annulaires constituent alors les premières 9 zones d'appui (appui initial) sur lesquelles va venir en contact la paroi externe du tube chauffant en vis-à-vis lors du serrage des électrodes. Le courant appliqué aux électrodes viendra donc prioritairement souder les éléments tubulaires dans ces zones de contact. La réduction de la surface de ces zones initiales de contact des éléments tubulaires par rapport aux procédés actuels soudant la totalité de la zone de juxtaposition desdits éléments tubulaires, permet de réduire l'énergie nécessaire pour l'opération de soudure. II en résulte un gain du point de vue économique. Ce procédé de soudure peut en outre être facilement automatisé lorsque tous les tubes sont de forme et de taille identiques. L'adaptation de la forme d'au moins un élément tubulaire dans les zones de contact, pour garantir un contact précis, est particulièrement importante dans le cas du type de radiateur 1 présenté sur la figure 1. Ce radiateur 1 est composé de deux conduites collectrices cylindriques 2, 3, situées à proximité l'une de l'autre, sur lesquelles est soudé au moins un tube chauffant 4 en forme de lame, ici de section rectangulaire. En effet, le fait que les deux conduites collectrices 2, 3 soient rapprochées, combiné avec le fait que le tube chauffant 4 présente une largeur importante, renforce le risque d'avoir un mauvais contact entre les tubes 2, 3, 4 avant leur soudure. Ce type de radiateur est souvent appelé "arborescent", comportant en général plusieurs tubes chauffants 4, qui ont soit une extrémité en porte à faux, soit deux extrémités en porte à faux. Ce type de radiateur arborescent est utilisé, notamment, en tant que radiateur sèche-serviettes, les extrémités libres des tubes chauffants facilitant la pose des serviettes et leur préhension. Dans une autre forme de réalisation d'un radiateur de type arborescent (non représenté ici), les conduites collectrices 2, 3 peuvent être remplacées par une conduite collectrice unique de section plus importante. Cette conduite collectrice unique peut par exemple avoir une section rectangulaire, de même largeur que l'ensemble formé par deux conduites collectrices 2, 3 et même épaisseur que ces dernières. La communication entre cette conduite collectrice unique et le tube chauffant 4 peut être assurée par deux passages, comme sur la figure 1 (deux paires d'orifices 5, 6 et 7, 8) ou un seul passage de plus grande taille. Pour ce type de radiateur également, la qualité de la soudure peut être améliorée en déformant l'un des éléments tubulaires pour créer une première zone d'appui protubérante, de forme io annulaire, autour d'au moins un des orifices du passage, avant de souder le tube chauffant à la conduite collectrice. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudure électrique pour l'assemblage d'éléments tubulaires pour radiateur à fluide caloporteur, notamment de soudure d'au moins un tube chauffant (4) avec une conduite collectrice (2, 3), disposés en croix et présentant des orifices en vis-à-vis en vue d'assurer la communication du fluide à l'intérieur desdits éléments tubulaires, comportant le serrage, entre deux électrodes, desdits éléments entre eux pour créer une zone de contact des parois externes desdits éléments et la réalisation de la soudure au niveau de ladite zone de contact par passage d'un courant de forte intensité pendant un temps très bref, caractérisé en ce que, avant l'étape de serrage entre les électrodes, sont ménagées dans la paroi externe d'au moins un des éléments tubulaires à souder une première zone d'appui (11, 11'), dite zone d'appui initial, et une seconde zone d'appui (12, 12'), dite zone d'appui final après soudure des éléments tubulaires, la première zone d'appui étant localisée au moins à la périphérie d'au moins un des orifices de communication de fluide et formant une protubérance par rapport à la seconde zone d'appui (12, 12'). 2. Procédé de soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première zone d'appui (11, 11') formant protubérance est localisée exclusivement à la périphérie du ou des orifice(s) (5, 6, 7, 8). 3. Procédé de soudure selon la revendication 1 ou 2, 25 caractérisé en ce que la première zone d'appui (11, 11') formant protubérance est obtenue par déformation locale d'une portion de la paroi de l'élément tubulaire. 4. Procédé de soudure selon la revendication 3, caractérisé en ce que la déformation locale est obtenue par élargissement de la 30 section dudit élément tubulaire au niveau de la zone périphérique de l'orifice (5, 6, 7, 8). 5. Procédé de soudure selon la revendication 3, caractérisé en ce que la déformation locale est obtenue par rétrécissement de la 35 section dudit élément tubulaire dans la région adjacente à la zone périphérique de l'orifice (5, 6, 7, 8). 11 12 6. Procédé de soudure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément tubulaire constituant le tube chauffant (4) comporte une chambre interne unique sans cloisonnement et deux orifices, un orifice d'entrée (5) et un orifice de sortie (7), ménagés à proximité de la même extrémité dudit tube chauffant (4). 7. Procédé de soudure selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément tubulaire constituant le tube chauffant (4) comporte une chambre interne unique sans cloisonnement et deux orifices, un orifice d'entrée (5) et un orifice de sortie (7), ménagés au niveau de la zone médiane dudit tube chauffant (4). 8. Procédé de soudure selon l'une des revendications 6 et 7, 15 caractérisé en ce que chaque tube chauffant (4) est soudé à une conduite collectrice unique. 9. Procédé de soudure selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que chaque tube chauffant (4) est soudé à deux conduites 20 collectrices situées à proximité l'une de l'autre. 10. Radiateur à fluide caloporteur constitué d'un assemblage de tubes chauffants (4) et d'au moins une conduite collectrice (2, 3), caractérisé en ce que la soudure des tubes chauffants et de la (des) conduite(s) 25 collectrice(s) est effectuée par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les tubes chauffants (4) étant tous de forme et de taille identiques.