Brevet FR3030331A1 — publié le 20160624

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN RADIATEUR COMPRENANT UN CORPS AYANT UNE GORGE DE CIRCULATION DE FLUIDE FERMEE PAR UNE BANDE DE TOLE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la fabrication d'un radiateur destiné à être intégré à une installation nucléaire pour transférer de la chaleur entre un fluide circulant dans ce radiateur et un fluide situé hors de ce radiateur, tout en devant résister à un milieu très agressif à des pressions et températures pouvant atteindre 80 bar et 550° Celcius. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un tel radiateur a des dimensions pouvant atteindre 170 cm par 70 cm, et des séries de radiateurs de ce type, en nombre important, sont assemblées et connectées les unes aux autres dans l'installation nucléaire pour assurer le transfert thermique. Structurellement, il comporte un corps principal métallique dans lequel est formée une gorge sinueuse ouverte sur toute sa longueur dans une face de ce corps principal. Cette gorge est fermée de manière étanche sur toute sa longueur par une bande de tôle plane découpée selon la forme sinueuse de la gorge, et qui est rapportée sur la gorge. La gorge ainsi fermée par soudage laser constitue un canal dans lequel circule le fluide devant par exemple céder de la chaleur. Le corps principal peut être un élément métallique parallélépipédique dans lequel une opération de fraisage avec une fraiseuse à commande numérique permet de former une gorge de forme sinueuse, typiquement en serpentin. La bande plane de tôle, d'une épaisseur de cinq dixièmes de millimètres ou plus, et qui a la même forme sinueuse que la gorge est rapportée sur la gorge et ses bords sont soudés aux berges de cette gorge. La gorge refermée de manière étanche par la bande constitue ainsi un canal dans lequel circule l'un des fluides. Cette gorge peut être évasée au niveau de ses berges afin de constituer une assise recevant les bords de la bande pour faciliter leur positionnement lors du soudage. Compte tenu des contraintes de température et de pression de service pour ce radiateur, la largeur de la gorge au niveau de ses berges et la largeur de la bande de tôle qui la ferme doivent idéalement avoir des côtes correspondant à celles d'un ajustement glissant de type H7g6 selon la norme ISO pour permettre la réalisation de joints de soudure de qualité suffisante. En pratique, dans le cas d'une largeur de quatre millimètres, un ajustement H7g6 conduit à une largeur de gorge devant être comprise entre 4,000 et 4,012 millimètres et une largeur de bande devant être comprise entre 3,998 et 3,988 millimètres. Cela signifie que le jeu latéral entre la bande et les berges de la gorge devrait être compris entre 2 et 24 microns, ce qui est très contraignant en termes d'opérations d'usinage. La bande de tôle est fabriquée avec une fraiseuse équipée d'une table magnétique sur laquelle est appliquée et maintenue une feuille de tôle de trois dixièmes de millimètres ou plus. La forme en serpentin de la tôle est obtenue grâce à une ou plusieurs passes de fraisage de la face supérieure, avant de retourner la pièce de tôle sur la table magnétique pour fraiser sa face opposée afin de former complètement la forme en serpentin dans toute l'épaisseur de la feuille de tôle. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un radiateur comprenant un corps principal métallique dans lequel est formée au moins une gorge sinueuse ouverte sur toute sa longueur dans une face de ce corps principal, chaque gorge étant fermée de manière étanche par une ou plusieurs bandes de tôle plane, la ou les bandes de tôle planes étant découpées conformément à la forme sinueuse de chaque gorge, chaque bord de bande plane étant soudé à une berge de gorge, caractérisé en ce que chaque bande de tôle est découpée dans une tôle conformément à la forme sinueuse au cours d'une opération de découpe par rayon laser. Avec cette solution, il n'est pas nécessaire de retourner la tôle durant d'opération de découpe, et cette découpe est précise sur le plan dimensionnel. Le temps de découpe peut ainsi être beaucoup plus court et le taux de rebut extrêmement faible. L'invention a également pour objet un tel procédé, dans lequel l'opération de découpe d'au moins une bande de tôle plane comprend : - une première phase de découpe laissant subsister entre différents tronçons de bande contigus des ponts de raccordement ; - une seconde phase de découpe laser pour supprimer ces ponts de raccordement. L'invention a également pour objet un tel procédé, dans lequel on réalise au moins une gorge ayant une forme sinueuse en serpentin comprenant des tronçons rectilignes parallèles et raccordés les uns aux autres par des portions coudées, et dans lequel l'opération de découpe laser comporte : - une première phase de découpe laissant subsister entre chaque paire de tronçons rectilignes contigus un pont de raccordement s'étendant perpendiculairement à ces tronçons et les réunissant en étant situé à l'opposé de la portion coudée raccordant ces tronçons rectilignes ; - une seconde phase de découpe laser pour supprimer ces ponts de raccordement. L'invention a également pour objet un tel procédé, dans lequel chaque gorge est formée dans le corps principal métallique par une opération de fraisage avec une fraiseuse à commande numérique. L'invention a également pour objet un tel procédé, dans lequel on réalise au moins une gorge fermée par plusieurs bandes de tôle réunies. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en perspective montrant en éclaté le corps principal et la bande de tôle du radiateur fabriqué avec le procédé selon l'invention ; La figure 2 est une vue en perspective du radiateur selon l'invention après soudage de la bande de tôle sur la gorge du corps principal ; La figure 3 est une vue partielle du radiateur conforme à l'invention en coupe transversale ; La figure 4 est une vue partielle en perspective d'une bande de tôle à l'issue d'une première phase de découpe laser ; La figure 5 est une vue partielle en perspective d'une bande de tôle après la deuxième phase de découpe laser ; La figure 6 est une vue en perspective montrant en éclaté un second mode de réalisation de radiateur conformément à l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le radiateur objet de l'invention qui est représenté dans les figures 1 en y étant repéré par 1 comporte un corps principal 2 sous forme d'une plaque épaisse plane ayant une face supérieure 3 dans laquelle est formée une gorge 4. Cette gorge 4 s'étend selon un motif en serpentin en étant ouverte dans la face supérieure 3 sur toute sa longueur. L'ouverture de cette gorge 4 dans la face supérieure 3 est recouverte sur toute sa longueur par une pièce de tôle plane 6 découpée pour avoir une forme correspondant à celle du motif en serpentin de la gorge 4, et une largeur correspondant à la largeur de la gorge au niveau de ses berges. Le corps principal est ici une pièce parallélépipédique brute ou issue d'usinage, en acier, et la gorge 4 en forme de serpentin est obtenue par une opération de fraisage avec une fraiseuse à commande numérique commandée pour décrire une trajectoire correspondant à cette forme en serpentin. Cette forme en serpentin comporte ici à une série de segments parallèles 4a-4d orientés selon une direction principale notée AX et raccordés les uns aux autres par des portions coudées. La fraiseuse est commandée pour décrire un premier segment 4a, suivi d'un demi-cercle de rayon supérieur à celui de la fraise pour former une première portion coudée, avant de suivre un second segment 4b, puis une nouvelle portion coudée, etc. pour former les segments 4c, 4d, 4e et suivants. La tenue des tolérances dimensionnelles de la gorge, mesurée après découpe, et en particulier de sa largeur au niveau de ses berges peut être obtenue avec relativement peu de difficultés du fait qu'elle correspond au diamètre de la fraise dans la région des berges. La fraise peut avoir un profil en T afin de former une gorge évasée, c'est-à-dire une largeur plus importante au niveau de ses berges afin de constituer une assise permettant de positionner de façon simple et précise la bande pour la souder. La pièce de tôle ayant quant à elle une faible épaisseur, elle est découpée avec un procédé de découpe industrielle laser, ce qui permet de réaliser cette découpe de manière avec une précision dimensionnelle de l'ordre de cinq centièmes de millimètres, ce qui est conforme aux tolérances recherchées. La découpe laser est ici très adaptée du fait qu'elle ne nécessite pas de contact entre la machine et la pièce, ce qui simplifie significativement les contraintes mécaniques de maintien en position. De plus, la découpe laser n'induit pas non plus de contraintes thermiques sur la pièce de tôle. Cette découpe laser est avantageusement réalisée en deux phases ou étapes pour limiter la déformation en cours de découpe résultant du fait que la forme en serpentin s'apparente à celle d'un ressort, une telle déformation pouvant donner lieu à des écarts géométriques trop importants conduisant rebuter la pièce. La première étape ou phase de découpe laser est assurée en délimitant la forme en serpentin de la pièce finale, mais en laissant subsister entre chaque paire de segments rectilignes contigus un pont réunissant ces deux segments en s'étendant perpendiculairement à leur direction principale. Comme visible dans la figure 4, à l'issue de cette première phase de découpe, la pièce de tôle 6 obtenue comporte une série de segments parallèles, ici repérés par 6a à 6e. Le segment 6a a une extrémité raccordée au segment 6b par une portion coudée en demi-cercle Cab, et il est aussi relié au segment 6b par un pont Pab orienté perpendiculairement à ces segments et situé à l'opposé de cette extrémité de raccordement. Le segment 6b est raccordé au segment 6c par une portion coudée Cbc prolongeant son extrémité qui est opposée à celle prolongeant la portion coudée Pab. Ce segment 6b est aussi raccordé au segment 6c par un autre pont Pbc d'orientation perpendiculaire et situé à l'opposé du raccordement coudé Cbc, c'est-à-dire au voisinage des raccordements coudés Cab et Ccd. De manière analogue, le segment 6c est raccordé au segment suivant 6d par une portion coudée Ccd et par un pont Pcd, et le segment 6d est raccordé au segment 6e par une portion coudée Cde et par un pont Pde, la tole découpée formant ainsi un motif qui continue de se répéter. Dans la phase ou étape de découpe laser suivante, les ponts sont retirés les uns après les autres, ce qui permet de former la pièce de tôle 6 finale, c'est-à-dire ayant une forme générale de serpentin prête à être installée sur le corps principal 2 de façon à couvrir la gorge 4 sur toute sa longueur, et en vue de l'opération de soudage. D'une manière générale, les ponts qui sont prévus au niveau de la pièce de tôle dans la première étape de découpe laser permettent de lui donner une meilleure rigidité durant la découpe pour favoriser une découpe précise. Dans l'exemple des figures 1 à 5, le corps principal comporte une gorge unique qui est fermée par une unique bande de de tôle. Mais le corps principal peut comporter plusieurs gorges sinueuses, s'étendant par exemple parallèlement les unes aux autres, et ces gorges qui s'ouvrent dans la face supérieure peuvent être fermées par plusieurs éléments de tôle découpés au laser. C'est le cas dans l'exemple de la figure 6 où le radiateur 1' comporte un corps principal 2' dans la face supérieure 3' duquel a été réalisé un ensemble de huit gorges, repérées conjointement par 4'. Ces huit gorges 4' s'étendent parallèlement les unes aux autres en décrivant une trajectoire sinueuse correspondant à celle de la lettre M majuscule, de manière à constituer une série de huit canaux de circulation de fluide. Ces gorges 4' sont ici fermées par différents éléments de bande de tôle distincts, généralement repérés par 6', et dont la réunion délimite une paroi de fermeture ayant la forme des huit gorges 4'.30 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un radiateur (1) comprenant un corps principal métallique (2) dans lequel est formée au moins une gorge sinueuse (4) ouverte sur toute sa longueur dans une face (3) de ce corps principal, chaque gorge (4) étant fermée de manière étanche par une ou plusieurs bandes de tôle plane (6), la ou les bandes de tôle planes étant découpées conformément à la forme sinueuse de chaque gorge (4), chaque bord de bande plane (6) étant soudé à une berge de gorge, caractérisé en ce que chaque bande de tôle (6) est découpée dans une tôle conformément à la forme sinueuse au cours d'une opération de découpe par rayon laser. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'opération de découpe d'au moins une bande de tôle plane (6) comprend : - une première phase de découpe laissant subsister entre différents tronçons de bande contigus (4a-4e) des ponts de raccordement (Pab, Pbc, Pcd, Pde) ; - une seconde phase de découpe laser pour supprimer ces ponts de raccordement (Pab, Pbc, Pcd, Pde). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on réalise une gorge (4) ayant une forme sinueuse en serpentin comprenant des tronçons rectilignes (4a-4e) parallèles et raccordés les uns aux autres par des portions coudées (Cab, Cbc, Ccd, Cde), et dans lequel l'opération de découpe laser comporte : - une première phase de découpe laissant subsister entre chaque paire de tronçons rectilignes contigus un pont de raccordement (Pab, Pbc, Pcd, Pde) s'étendant perpendiculairement à ces tronçons et les réunissant en étant situé à l'opposé de la portion coudée raccordant ces tronçons rectilignes ; - une seconde phase de découpe laser pour supprimer ces ponts de raccordement (Pab, Pbc, Pcd, Pde). 4. Procédé selon la revendication 1 à 3, dans lequel chaque gorge (4) est formée dans le corps principal métallique (2) par une opération de fraisage avec une fraiseuse à commande numérique. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on réalise au moins une gorge fermée par une ou plusieurs bandes de tôle (6) réunies.