La présente invention est relative à l'assemblage d'éléments métalliques et plus particulièrement à l'assemblage d'un tube et d'une tôle.

Le fluoperçage consiste en un procédé de perçage d'un objet métallique par échauffement local de l'objet. Un outil non-coupant, communément désigné sous le terme de foret, en rotation à vitesse élevée, est mis en pression au contact de l'objet. L'échauffement local généré par la friction du foret sur l'objet ramollit la matière et la refoule. La matière refoulée par le foret donne naissance à un petit tube de matière communément désigné sous le terme de douille. Celle-ci peut, par la suite, être taraudée par refoulement ou servir de palier.

Il est connu de recourir au fluoperçage pour assembler des objets métalliques. Il est connu notamment de GB 1 601 951 de recourir au fluoperçage pour assembler une tôle et un tube. Dans une première étape, une tôle est percée par fluoperçage de façon à former une douille. Dans une seconde étape, un tube est introduit dans la douille et serti par élargissement du diamètre du tube à hauteur de la douille. Un tel procédé présente l'inconvénient de nécessiter plusieurs étapes successives.

Il est connu également de EP 0 008 135 de recourir au fluoperçage pour assembler un tube et un objet tel qu'un tube ou une tôle. Les deux pièces à assembler sont d'abord mises en contact. Un foret de diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube est ensuite introduit dans le tube et perce la deuxième pièce. L'échauffement local généré par la friction du foret sur cette deuxième pièce ramollit celle-ci ainsi que l'extrémité du tube, ce qui conduit à la soudure des deux pièces. Un tel procédé présente l'inconvénient de ne pouvoir être mis en uvre que pour des tubes rectilignes et de petite longueur. De plus, en pratique, il est nécessaire de recourir à un tube bouché à son extrémité pour obtenir un échauffement local suffisant. La présente invention a pour but de faciliter l'assemblage par fluoperçage d'un tube et d'une tôle. Elle a été conçue et réalisée pour surmonter les défauts présentés précédemment et pour obtenir d'autres avantages.

A cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé d'assemblage d'un tube de diamètre intérieur D, et d'une tôle d'épaisseur E _t présentant au moins une portion sensiblement plane comprenant les étapes selon lesquelles :

- On positionne le tube au niveau de la portion sensiblement plane de la tôle, la section d'extrémité du tube étant au moins partiellement en contact avec la tôle,

- On assemble la tôle au tube par fluoperçage de la tôle au moyen d'un foret de diamètre supérieur ou égal à D, - 2 x E _t , le fluoperçage étant réalisé de la tôle vers le tube, dans l'axe du tube.

Le procédé selon l'invention peut également comprendre les caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison :

- Le tube est positionné perpendiculairement à la portion sensiblement plane de la tôle ;

- Le foret est de diamètre supérieur ou égal à D, ;

- Le foret comprend une collerette ;

- Le foret comprend un chanfrein ;

- Le foret comprend un épaulement ;

- Le tube est positionné de telle façon que sa section d'extrémité dépasse de la surface d'un support sur lequel on vient ensuite déposer la tôle ;

- Le procédé d'assemblage comprend une étape préliminaire selon laquelle on écrase la section d'extrémité du tùbe.

Un second objet de l'invention est constitué par l'assemblage d'un tube et d'une tôle présentant au moins une portion sensiblement plane pouvant être obtenu par le procédé selon l'invention pour lequel la tôle comprend une douille chemisant une partie de l'intérieur du tube.

L'assemblage selon l'invention peut également comprendre les caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison : - La partie du tube en contact avec la douille est sertie ;

- La tôle comprend un renflement circulaire entourant l'extérieur de l'extrémité du tube ;

- La section d'extrémité du tube comprend un épatement.

Un troisième objet de l'invention est constitué par l'utilisation du procédé selon l'invention pour la fabrication d'un absorbeur solaire.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée à titre explicatif mais non limitatif, en référence aux figures annexées qui représentent :

- La figure 1 est une illustration du perçage d'une tôle par fluoperçage selon l'art antérieur ;

- La figure 2 est un exemple du procédé d'assemblage d'une tôle et d'un tube selon l'invention ;

- La figure 3 est une coupe micrographique d'un exemple d'assemblage d'une tôle et d'un tube selon l'invention, détaillant le contact entre la paroi du tube et la tôle.

Les mêmes numéros de référence représentent les mêmes éléments dans chacune des figures.

Dans l'ensemble du texte, on entendra par tôle un corps métallique de forme plate, c'est-à-dire de faible épaisseur comparée à ses autres dimensions. La tôle peut se présenter sous la forme d'une plaque ou d'une feuille constituée d'un matériau métallique unique ou d'un assemblage composite. Dans ce dernier cas, la tôle est une superposition de plusieurs couches du même matériau ou de matériaux différents. On pourra citer à titre d'exemple non limitatif de matériaux métalliques l'acier, l'aluminium, le cuivre. De préférence le matériau métallique est un alliage métallique tel que l'acier.

Préalablement à la mise en œuvre du procédé selon l'invention, la tôle peut avoir été mise en forme au moyen de tout procédé connu de mise en forme parmi lesquels on citera à titre d'exemple non limitatif le pliage, le profilage, l'emboutissage. On aura cependant veillé, au cours de cette mise en forme, à ce que la tôle conserve au moins une portion locale sensiblement plane, c'est-à-dire suffisamment plane pour que la section d'un tube puisse y être appuyée.

On décrit le procédé de fluoperçage selon l'art antérieur en référence à la figure 1.

A la figure 1a, une tôle 1 est mise en contact avec un foret 2 non-coupant. Le foret 2 comporte une partie conique 3, une partie cylindrique 4 et une collerette 5. La rotation de ce foret frottant sur la tôle ainsi que la pression exercée par le foret sur la tôle entraînent un très fort échauffement local de la tôle. Le matériau métallique constitutif de la tôle se ramollit et laisse le foret traverser la tôle. Lors de ce mouvement, la matière ramollie est refoulée de part et d'autre de la tôle. La majeure partie de cette matière est refoulée vers la face opposée à la face percée et forme un petit tube de matériau métallique, ouvert à ses deux extrémités, désigné sous le terme de douille, tel qu'illustré à la figure 1b sous la référence 6. Cette douille présente alors un diamètre intérieur sensiblement équivalent au diamètre de la partie cylindrique 4 du foret. La faible partie de matière refoulée vers la face percée est quant à elle écrasée par la collerette 5 du foret arrivant en bout de course.

On décrit maintenant un exemple d'assemblage d'un tube et d'une tôle selon l'invention en référence à la figure 2.

Comme illustré à la figure 2a, une tôle 1 est d'abord mise au moins partiellement en contact avec la section d'extrémité d'un tube 7 au niveau d'une de ses portions locales sensiblement plane. L'axe du tube est, dans ce cas de figure, perpendiculaire à la portion locale sensiblement plane.

Comme illustré à la figure 2b, un foret 2 est positionné au contact de la tôle en regard du tube, l'axe du foret étant dans l'axe du tube.

Comme illustré aux figures 2c à 2e, on perce la tôle 1 par fluoperçage de façon à former un trou débouchant dans le tube. La matière refoulée vers la face opposée à la face percée forme une douille 6 qui vient uniformément chemiser l'intérieur de l'extrémité du tube et ainsi souder la tôle au tube. Le contact intime de cette douille et du tube permet de fermement solidariser le tube et la tôle.

Contrairement à l'art antérieur précédemment décrit pour lequel le contact tube-tôle était limité à la section d'extrémité du tube, la surface de contact obtenue dans le cadre de la présente invention correspond sensiblement à la surface développée de la douille ce qui renforce considérablement la résistance mécanique de l'assemblage obtenu.

Selon la qualité de l'assemblage souhaité, on pourra avoir recours à des forets de diamètre variable, autrement dit à des forets présentant des parties cylindriques de diamètre variable. Au cours des essais menés, les inventeurs ont pu observer qu'un foret de diamètre égal à D, - 2 x E _t , avec D, diamètre intérieur du tube et E _t épaisseur de la tôle, était suffisant pour obtenir un assemblage suffisamment résistant du tube et de la tôle. Cependant, de préférence, le foret aura un diamètre égal au diamètre intérieur du tube, ou encore préférentiellement légèrement supérieur, de façon à sertir le tube au niveau de la douille. On entend ici par « sertir » le fait de forcer l'élargissement de l'extrémité du tube. Le foret de diamètre égal ou légèrement supérieur au diamètre intérieur du tube écarte la douille et la presse davantage au contact du tube qui lui-même s'élargit. Le contact entre le tube et la tôle en est d'autant meilleur et l'assemblage en est d'autant plus résistant.

Alternativement, on pourra avoir recours à un foret présentant un chanfrein, c'est-à-dire une surface oblique, situé entre la partie cylindrique 4 et la collerette 5 du foret. Dans ce cas, en bout de course du foret, le chanfrein écarte la douille et la presse davantage au contact du tube qui lui-même s'élargit, renforçant ainsi l'assemblage.

Il est entendu qu'un même foret pourra présenter simultanément un diamètre légèrement supérieur au diamètre intérieur du tube et un chanfrein et ce afin de sertir le tube avec d'autant plus d'efficacité.

Au cours des essais menés, les inventeurs ont pu observer que, de façon surprenante, la collerette 5 du foret avait un effet inattendu en particulier sur des tôles de fine épaisseur. A la fin du fluoperçage, cette collerette entre en contact avec la tôle. La pression exercée par la collerette sur la tôle et réchauffement local entraînent l'amincissement de la tôle au niveau de la section d'extrémité du tube et l'incrustation de cette section d'extrémité dans l'épaisseur de la tôle.

Des coupes micrographiques de l'assemblage obtenu, telle que celle présentée en figure 3, ont permis d'observer que la tôle entoure l'extrémité du tube, tant à l'intérieur du tube, sous forme d'une douille, qu'à l'extérieur sous forme d'un renflement circulaire 8. Cette incrustation de l'extrémité du tube dans l'épaisseur de la tôle contribue à fortement renforcer la résistance de l'assemblage obtenu.

Dans le cas de tôles de forte épaisseur, l'effet de la collerette du foret est moins sensible du fait même que la tôle présente alors plus de résistance à l'amincissement.

La limite entre fine et forte épaisseur a été identifiée à 0,8mm dans le cadre des essais menés. Cependant il est permis de penser que cette limite est variable et est fonction de paramètres tels que le diamètre intérieur du tube, les conditions de fluoperçage ou encore l'épaisseur de la paroi du tube.

De façon à renforcer la résistance de l'assemblage, on pourra avoir recours, lors de la mise en œuvre du procédé, à différentes alternatives favorisant l'incrustation de l'extrémité du tube dans l'épaisseur de la tôle, et ce quelque soit l'épaisseur de la tôle utilisée.

Une première alternative consiste à doter la collerette d'un épaulement. Cet épaulement consiste en un ou plusieurs anneaux circulaires ajoutés sur la collerette du coté de la partie cylindrique 4 du foret. Cet épaulement contribue à déformer la portion sensiblement plane de la tôle autour de l'extrémité du tube avant que la collerette ne vienne en butée sur la tôlè. Cet épaulement favorise ainsi la formation du renflement circulaire et donc l'incrustation de l'extrémité du tube dans l'épaisseur de la tôle.

Une deuxième alternative consiste à épater la section d'extrémité du tube, c'est-à-dire à épaissir la paroi du tube au niveau de sa section d'extrémité. Lors de l'incrustation de cette section dans l'épaisseur de la tôle, l'épatement bloque le retrait éventuel du tube contribuant ainsi à la résistance mécanique de l'assemblage. On peut envisager de réaliser cet épatement d'au moins deux façons différentes.

Une première façon consiste en une étape préalable au positionnement du tube au contact de la tôle au cours de laquelle on écrase la section d'extrémité du tube.

Une deuxième façon consiste à modifier la position du tube avant fluoperçage. Alors qu'on peut prévoir, dans certains cas, de fixer le tube dans un étau de telle façon que sa section d'extrémité affleure la surface d'un support sur lequel on dépose ensuite la tôle, on fait dépasser ici l'extrémité du tube du support. La pression exercée par la collerette lors du fluoperçage, non contente d'amincir la tôle, contribue à l'épatement de la section d'extrémité du tube. En fonction de la distance séparant le support de la section d'extrémité du tube, on épate plus ou moins cette section d'extrémité. En conséquence, cette distance sera réglée de façon à obtenir la résistance mécanique souhaitée.

Il est entendu que ces différentes alternatives peuvent être mises en œuvre individuellement ou en combinaison.

Le procédé décrit au travers des exemples ci-dessus présente les avantages suivants :

- le perçage de la tôle et la fixation du tube à la tôle sont réalisés au cours d'une seule et même étape, réduisant ainsi significativement le temps de fabrication de l'assemblage,

- le surface de contact tube-tôle correspond sensiblement à la surface développée de la douille ce qui renforce considérablement la résistance mécanique de l'assemblage obtenu,

- la chaleur dégagée par le fluoperçage soude la tôle et le tube ce qui permet d'obtenir une résistance mécanique bien supérieure à celle d'un simple sertissage ou d'une soudure limitée à l'extrémité du tube,

- le procédé permet d'utiliser toutes sortes de tubes sans limitation quant à leur forme ou à leur dimension,

- le procédé présente plusieurs alternatives renforçant significativement la résistance mécanique de l'assemblage tube-tôle, - Le perçage de la tôle entraînant la formation d'un trou débouchant dans le tube, ce procédé est particulièrement avantageux pour les applications dans lesquelles un fluide est amené à circuler dans l'assemblage, notamment pour les circuits de chauffage, les circuits de refroidissement, les échangeurs thermiques, les absorbeurs solaires...

Dans le cas des exemples ci-dessus, l'axe du tube était perpendiculaire à la portion locale sensiblement plane. Il est cependant possible d'incliner l'axe du tube et de réaliser l'assemblage tout aussi facilement. Dans ce cas, la section d'extrémité du tube sera préférentiellement ajustée de façon à ce qu'elle soit en contact avec la portion locale sensiblement plane de la tôle.