Brevet FR2962181A1 — publié le 20120106

JOINT A PROCEDE DE FABRICATION SIMPLIFIE, DE PREFERENCE POUR LANCEURS SPATIAUX DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention a pour objet un joint statique métallique annulaire creux ouvert radialement destiné à assurer une étanchéité dans des conditions d'utilisation sévères, ce type de joint étant amené à supporter des températures très élevées ou très basses, des pressions de fluide extrêmes et des contraintes de haut niveau dues à des efforts importants sur les éléments entre lesquels le joint est situé. Ce type de joint peut être notamment utilisé dans le domaine des lanceurs spatiaux. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Des joints statiques ayant des performances tout à fait satisfaisantes, pour de telles utilisations, sont déjà connus. Il s'agit de joints ayant en demi-coupe axiale la forme d'un U couché, tels que décrits dans le document FR 2 757 923. Ils sont couramment désignés « joints en U ». Un joint statique est désigné ainsi puisqu'il est destiné à être utilisé dans des configurations où il n'y a pas de pièces en mouvement en contact avec lui. Une étanchéité statique est alors assurée. L'inconvénient de ces joints est la difficulté de leur fabrication. Ceux-ci sont, habituellement, réalisés par usinage. Cette opération s'avère être très coûteuse en termes de temps de fabrication et en termes de moyens mis en oeuvre permettant de respecter des tolérances géométriques serrées. De plus, pour les joints de petites dimensions, l'opération présente de grandes difficultés et peut même s'avérer irréalisable de manière industrielle. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de remédier, au moins partiellement, aux inconvénients précités. Pour ce faire, elle a pour objet un joint statique métallique annulaire creux ouvert radialement, et intégrant une première portée annulaire et une deuxième portée annulaire se faisant face. Selon l'invention, le joint comporte une première partie annulaire intégrant une première extrémité annulaire qui forme ladite première portée annulaire et une seconde extrémité annulaire opposée radialement à la première extrémité annulaire, ainsi qu'une seconde partie annulaire intégrant une première extrémité annulaire qui forme ladite seconde portée annulaire et une seconde extrémité annulaire opposée radialement à la première extrémité annulaire, les secondes extrémités annulaires se faisant face et étant reliées entre elles par une soudure. La configuration de ce joint en deux parties permet de le fabriquer de manière simplifiée par rapport aux joints en U de l'art antérieur qui sont usinés. Cette simplification résulte essentiellement du fait que chacune des deux parties, formant le joint, présente une forme simplifiée par rapport à l'ensemble du joint. Ceci rend la fabrication de ces parties plus facilement réalisable, par exemple en utilisant des techniques à bas coût et parfaitement maîtrisées comme l'emboutissage. De préférence, au moins l'une desdites première et seconde parties du joint présente en demi-coupe axiale la forme d'un S allongé. On entend par S allongé, la lettre S qui est déformée sur ses extrémités par des efforts d'étirement opposés et dirigés vers l'extérieur. Une partie du joint ayant en demi-coupe axiale la forme d'un S allongé est simple à réaliser par emboutissage. De plus, cela permet de conférer au joint une raideur plus faible. En effet, cette forme en S apporte une plus grande élasticité par rapport à un joint ayant une section en forme de U ou de V couché à branches droites. Ainsi, pour un même encombrement et un même effort d'écrasement, le joint avec sa ou ses parties en forme de S apporte une restitution utile plus importante que celle conférée par un joint ayant une section en forme de U ou de V couché à branches droites, existant dans l'art antérieur. A titre indicatif, il est rappelé que la restitution utile est définie par l'ouverture axisymétrique maximale des faces d'appui du logement du joint que celui-ci peut tolérer avant de ne plus conférer l'étanchéité. Dans un mode de réalisation envisagé de l'invention, les premières extrémités sont situées radialement vers l'extérieur. Ici, une pression extérieure va induire un accroissement de l'étanchéité au niveau des portées, puisque cette pression extérieure va appuyer sur les surfaces du joint. Cet accroissement d'étanchéité, lié à l'augmentation de pression, est similaire à l'effet « autoclave » décrit ci-dessous, en relation avec un autre mode de réalisation préféré. Dans cet autre mode de réalisation préféré de l'invention, les premières extrémités sont situées radialement vers l'intérieur. Ici, l'augmentation de pression du fluide traversant le joint va induire un accroissement de l'étanchéité au niveau des portées, puisque le fluide va appuyer sur les surfaces du joint et avoir tendance à le faire gonfler. Cet accroissement d'étanchéité, lié à l'augmentation de pression du fluide, est appelé « effet autoclave ». De préférence, la première partie et la seconde partie sont sensiblement identiques. Deux parties identiques permettent l'utilisation d'un même procédé de fabrication afin de fabriquer une même pièce et ainsi obtenir un coût de production moindre, ces deux parties sont ensuite assemblées en retournant l'une d'elle par rapport à l'autre. De préférence, le joint objet de la 25 présente invention comporte un revêtement sur au moins lesdites première et seconde portées. Le revêtement a pour fonction l'amélioration de l'étanchéité, la surface extérieure du joint est recouverte par celui-ci, mais, de 30 préférence, le joint est recouvert complètement, pour des raisons évidentes de simplification de procédé. Lors du serrage des pièces entre lesquelles le joint se situe, le revêtement va s'écraser, fluer et combler les vides existant à la surface du logement où est installé le joint. Le polytétrafluoroéthylène est utilisé pour des applications à basse température dans lesquelles la température varie entre 20K à 500K, l'argent pour des températures supérieures, par exemple de l'ordre de 800K, le nickel et nickel adouci (nickel + flash de nickel) pour des températures de l'ordre de 1000K, voire supérieures. Les revêtements d'argent et de nickel sont ainsi utilisés pour de hautes températures. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication dudit joint. Selon l'invention il comprend les étapes suivantes : réalisation de chacune des première et seconde parties par emboutissage ; et soudage desdites première et seconde parties l'une sur l'autre. L'emboutissage suivi du soudage forment un procédé de fabrication plus rapide que l'usinage, mis en oeuvre dans l'art antérieur, ce qui permet de diminuer le coût de fabrication. De plus, la tôle laminée mise en oeuvre présente un excellent état de surface, notamment en termes de planéité, ondulation et rugosité. De préférence, l'étape d'emboutissage de chacune des première et seconde parties consiste à : - maintenir dans une presse constituée d'un poinçon, d'une matrice et d'un serre-flan une portion extérieure d'un corps annulaire entre la matrice et le serre-flan dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit corps annulaire ; et - faire avancer ledit poinçon sur une portion intérieure dudit corps annulaire de telle manière que lesdites première et seconde parties présentent, ainsi déformées, en demi-coupe axiale, la forme d'un S allongé. Préférentiellement, le joint selon l'invention est utilisé dans une plage de température allant de 20K à 1100K. L'invention a également pour objet un système mécanique comportant le joint objet de l'invention. De préférence, ce système mécanique comporte une conduite dans laquelle circule un fluide. Ce fluide peut être du LH2, LOX, LN2, GHe ou un gaz de combustion (H2 + 02) sous une pression pouvant aller jusqu'à quelques centaines de bar, ou tout autre fluide destiné ou non à une utilisation spécifiquement spatiale. De préférence, la conduite comporte un premier tronçon comportant une bride et un deuxième tronçon comportant une autre bride, les brides étant de part et d'autre dudit joint. Un autre objet de l'invention est un lanceur comportant ledit joint. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un joint selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 2 montre une vue en perspective d'une partie constitutive du joint montré sur la figure précédente ; - la figure 3 illustre une vue en coupe axiale d'un joint selon un deuxième mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 4 est une vue en coupe axiale illustrant un mode de réalisation préféré de fabrication par emboutissage de la partie du joint montré sur la figure 2 la figure 5 représente une vue en demi-coupe axiale montrant un système mécanique comportant le joint montré à la figure 1 ; et la figure 6 illustre le comportement du joint montré sur la figure 1. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFERÉS En référence à la figure 1, on voit un joint statique métallique annulaire creux 1 ouvert radialement vers l'intérieur, selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention. Le joint 1 présente un plan de symétrie orthogonal à l'axe XX', situé à l'interface entre une première partie annulaire 2a et une seconde partie annulaire 2b, qui seront décrites ci-après. Ces deux parties 2a, 2b sont donc identiques, placées en regard l'une de l'autre. Ainsi les références numériques appliquées seront identiques pour les deux parties, excepté un indice "a" qui est attribué à la première partie annulaire et un indice "b" attribué à la seconde partie annulaire. La figure 2 montre la première partie annulaire 2a. La seconde partie annulaire 2b est identique du fait de l'existence du plan de symétrie décrit précédemment. En outre, le joint 1 intègre une première portée 3a et une deuxième portée 3b se faisant face, ces deux portées étant chacune annulaire centrées sur l'axe XX'. La première partie annulaire 2a intègre une extrémité radialement intérieure 4a, qui forme ladite première portée 3a, et une extrémité radialement extérieure 5a, une seconde partie annulaire 2b intégrant une extrémité radialement intérieure 4b qui forme ladite seconde portée 3b et une extrémité radialement extérieure 5b. Ce sont les portées 3a et 3b qui appuient sur les surfaces opposées au niveau desquelles l'étanchéité doit être assurée. De plus, une soudure 6 vient relier les extrémités radialement extérieures 5a et 5b des deux parties annulaires 2a et 2b. La soudure annulaire 6, de préférence continue sur 360°, et dont la largeur de contact peut éventuellement varier, est positionnée entre les deux faces intérieures 7a et 7b des première et seconde parties annulaires 2a et 2b. Une partie de la soudure 6 dépasse des extrémités radialement extérieures 5a et 5b et à l'intérieur du joint 1. La soudure se fait, de préférence, sans apport de matière. En outre, la première partie annulaire 2a du joint 1 présente en demi-coupe axiale la forme d'un S allongé avec une extrémité radiale intérieure 4a définissant une première portion latérale rectiligne 8a qui s'étend de manière sensiblement parallèle à l'axe XX', celle-ci délimitant la surface périphérique interne du joint. De plus, une extrémité radiale extérieure latérale rectiligne 9a qui s'étend également sensiblement de manière parallèle à l'axe du joint XX' délimite la surface périphérique externe du joint 1. Les extrémités radiales intérieure 8a et extérieure 9a sont reliées par des lignes incurvées opposées de forme ondulée 10a et sont décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction de l'axe XX' du joint 1. Le joint présente un plan de symétrie, ceci implique que les première et seconde parties annulaires soient identiques. Ainsi, ce qui a été décrit pour la première partie annulaire 2a est également valable pour la seconde partie annulaire 2b. L'une des particularités de ce premier mode de réalisation est que le joint 1 présente, en demi- coupe axiale, la forme d'un U ou d'un V couché. Ceci permet d'obtenir un caractère autoclave. Le joint 1 comporte également, sur sa totalité, un revêtement d'argent 11 ayant une épaisseur de quelques dizaines microns. Le revêtement d'argent 11 est ainsi en contact avec les surfaces au niveau desquelles l'étanchéité doit être réalisée. Sur la figure 3 est représenté un second mode de réalisation préféré de la présente invention. On peut voir un joint 51 présentant un axe de symétrie YY'. Un plan de symétrie, orthogonal à l'axe YY', est situé à l'interface entre une première partie annulaire 52a et une seconde partie annulaire 52b. Pour cette raison, ces deux parties 52a, 52b sont en tout point identiques. Les références numériques appliquées seront donc identiques pour les deux parties, excepté un indice "a" attribué à la première partie et un indice "b" attribué à la seconde. Chacune des parties annulaires 52a, 52b intègre une première extrémité annulaire 54a, 54b située radialement vers l'extérieur. Celle-ci forme une première portée annulaire 53a, 53b centrée sur l'axe YY'. Les premières portées 53a,53b de chacune des parties annulaires 52a, 52b se font face. Ces portées 53a, 53b vont venir appuyer sur des surfaces opposées (non représentées sur la figure 3) au niveau desquelles l'étanchéité doit être assurée. De surcroît, chacune de ces parties annulaires 52a, 52b intègre une extrémité radialement intérieure 55a, 55b formant une seconde extrémité annulaire. Tout comme les premières portées 53a, 53b, les secondes extrémités 55a, 55b de chacune des parties annulaires 52a, 52b se font également face. En outre, une soudure 56, située au niveau du plan de symétrie du joint 51, vient relier entre elles ces secondes extrémités 55a, 55b. Cette soudure 56 est positionnée entre chacune des faces intérieures 57a, 57b des première et seconde parties annulaires 52a,52b au niveau de leurs extrémités radialement intérieures 55a, 55b. Il s'agit d'une soudure réalisée de préférence sans apport de matière, de manière continue. De plus, chacune des parties annulaires 52a, 52b présente en demi-coupe axiale la forme d'un S allongé. En effet, la première extrémité annulaire 54a définit une première portion latérale rectiligne 58a s'étendant de manière sensiblement parallèle à l'axe YY'. En outre, la seconde extrémité annulaire 55a définit une deuxième portion latérale rectiligne 59a s'étendant, également, de manière sensiblement parallèle à l'axe YY'. Ces portions latérales rectilignes 58a, 59a sont décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction de l'axe YY'. Enfin, des lignes incurvées opposées de forme ondulée 60a relient ces deux portions latérales rectilignes 58a, 59a. La symétrie du joint 51, par rapport au plan orthogonal à l'axe YY', implique que les première et seconde parties annulaires soient identiques. Par conséquent, la description qui a été faite pour la première partie annulaire 52a est également valable pour la seconde partie annulaire 52b. En référence à présent à la figure 4, on peut apercevoir un mode préféré de fabrication de la première partie annulaire 2a, 52a telle que représentée sur la figure 2, par emboutissage. La seconde partie annulaire 2b, 52b est réalisée de la même manière puisque les deux parties sont identiques. Il est d'abord découpé un corps annulaire (non représenté) dans une feuille de métal, par exemple d'Inconel 718, qui a été obtenue par laminage afin d'avoir une planéité satisfaisante. L'épaisseur de cette feuille de métal, qui sera sensiblement celle du joint 1, 51, est déterminée de manière à conférer une raideur suffisante permettant d'assurer, d'une part, une étanchéité satisfaisante sous un effort de serrage donné et, d'autre part, de garantir la restitution utile désirée. Ce corps annulaire est ensuite maintenu dans une presse qui est constituée d'un serre-flan 12, d'une matrice 13 et d'un poinçon 15. La matrice 13 comporte une partie de forme concave 30, une partie plane 31 et un alésage 32. Le poinçon 15 présente une extrémité rayonnée 33. Le corps annulaire est ainsi maintenu sur une portion extérieure 14 entre le serre-flan 12 et la partie plane 31 de la matrice 13. Ensuite, le poinçon 15 avance sur une portion intérieure 16 du corps annulaire. L'extrémité rayonnée 33, ainsi que la partie de forme concave 30 de la matrice 13, vont imposer le profil en forme de S allongé qui est recherché. La première partie annulaire 2a, 52a est ainsi obtenue. La deuxième partie annulaire 2b, 52b est obtenue de la même manière. Les deux parties annulaires 2a, 52a et 2b, 52b sont ensuite soudées électriquement l'une sur l'autre, de manière à obtenir le joint 1, 51 objet de la présente invention. Le soudage pouvant entraîner d'éventuelles déformations des première et seconde parties 2a 52a et 2b, 52b, dues aux contraintes résiduelles générées, un maintien de celles-ci est prévu ainsi qu'un système efficace d'évacuation de la chaleur de soudage. En référence à présent à la figure 5, un système mécanique 17, de préférence pour lanceur, est représenté. Il comporte un joint 1, comme montré sur la figure 1, réalisé selon le procédé de fabrication décrit précédemment. Le système mécanique 17 comporte une conduite 18 dans laquelle circule un fluide 19. La conduite 18 est composée d'un premier tronçon 28 comportant une bride 21 et d'un deuxième tronçon 29 comportant une autre bride 20. Les brides 21 et 20 sont donc de part et d'autre du joint 1. La bride 21 présente un lamage 22 où est disposé le joint 1, ce dernier venant appuyer sur les faces 23 et 24 des brides 21 et 20 par l'intermédiaire du revêtement d'argent 11. Le lamage 22 comprend un congé 25 et un chanfrein 26, le joint 1 est disposé de telle sorte qu'il ne soit ni en contact avec le congé 25 ni en contact avec le chanfrein 26. Les brides 20 et 21 sont assemblées avec des vis 27. La figure 6 illustre le comportement du joint 1 lors de son serrage dans le lamage 22, puis lorsqu'il est délesté en fonctionnement, suite aux déformations des brides 20 et 21 et aux sollicitations thermomécaniques appliquées aux éléments. La figure 6 permet ainsi d'expliquer ce qu'est la restitution utile. La zone O-A correspond à la mise à plat du joint 1 lors de son serrage dans le lamage 22, il s'agit de l'effort nécessaire à annuler l'ondulation des portées 3a et 3b du joint 1. En fonctionnement, dans le cas où les brides 20 et 21 s'ouvrent, l'effort de serrage du joint 1 diminue selon le chemin allant de C vers D. Tant que l'effort de serrage reste supérieur à la limite d'étanchéité Fétanch, l'étanchéité est assurée. L'ouverture maximale des brides 20 et 21, que le joint 1 peut supporter avant de ne plus être étanche, est représentée par Ru, il s'agit de la restitution utile. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemple non limitatif.15 REVENDICATIONS1. Joint statique métallique annulaire creux (1,51) ouvert radialement et intégrant une première portée annulaire (3a,53a) et une deuxième portée annulaire (3b,53b) se faisant face, caractérisé en ce que le joint (1,51) comporte une première partie annulaire (2a,52a) intégrant une première extrémité annulaire (4a,54a) qui forme ladite première portée annulaire (3a,53a) et une seconde extrémité annulaire (5a,55a) opposée radialement à la première extrémité annulaire (4a,54a), ainsi qu'une seconde partie annulaire (2b,52b) intégrant une première extrémité annulaire (4b,54b) qui forme ladite seconde portée annulaire (3b,53b) et une seconde extrémité annulaire (5b,55b) opposée radialement à la première extrémité annulaire (4b,54b), les secondes extrémités annulaires (5a,5b,55a,55b) se faisant face et étant reliées entre elles par une soudure (6,56). 2. Joint (51) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premières extrémités (54a,54b) sont situées radialement vers l'extérieur. 3. Joint (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premières extrémités (4a,4b) sont situées radialement vers l'intérieur. 4. Joint (1,51) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites première et seconde partiesannulaires (2a,2b,52a,52b) du joint (1,51) présente en demi-coupe axiale la forme d'un S allongé. 5. Joint (1,51) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première partie (2a,52a) et la seconde partie (2b,52b) sont sensiblement identiques. 6. Joint (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement (11) sur au moins lesdites première et seconde portées (3a,3b). 7. Procédé de fabrication d'un joint (1,51) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes . réalisation de chacune des première (2a,52a) et seconde (2b,52b) parties par emboutissage ; et soudage desdites première (2a,52a) et seconde (2b,52b) parties l'une sur l'autre. 8. Système mécanique (17) caractérisé en ce qu'il comporte un joint (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 9. Système mécanique (17) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (18) dans laquelle circule un fluide (19). 10. Lanceur comprenant au moins un joint (1,51) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.5