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Title:
ELEMENT FRICTIONALLY WELDABLE TO A TUBE END AND CORRESPONDING WELDING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/010815
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a tubular fluid transporting element which is fixable to a tube end by friction welding and comprises a body (1) wherein a tube end reception area (5) is arranged and provided with the input section (6) of the tube end and a weldable section (9) whose entry is delimited by a welding start-up surface (13.2). The reception area comprises a groove (8) between the input section and a the welding section, which receives a backed part of the tube end during welding and has a wall whose at least one portion forms the start-up surface and a stop edge for the backed part oppositely thereto. A friction welding method is also disclosed.

Inventors:
BLIVET PHILIPPE (FR)
PODER PHILIPPE (FR)
Application Number:
PCT/FR2005/001567
Publication Date:
February 02, 2006
Filing Date:
June 22, 2005
Export Citation:
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Assignee:
LEGRIS SA (FR)
BLIVET PHILIPPE (FR)
PODER PHILIPPE (FR)
International Classes:
B29C65/00; B29C65/06; B29C65/08; F16L47/02; (IPC1-7): B29C65/06; B29D23:00; F16L37/00
Domestic Patent References:
WO1994024477A11994-10-27
Foreign References:
US4547239A1985-10-15
EP0226771A11987-07-01
DE3903551A11989-08-24
FR1098217A1955-07-20
US4198077A1980-04-15
EP0139712A11985-05-08
US6199916B12001-03-13
US4059294A1977-11-22
US4198077A1980-04-15
US4547239A1985-10-15
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2002, no. 12 12 December 2002 (2002-12-12)
Attorney, Agent or Firm:
Lavialle, Bruno c/o Cabinet, Boettcher (22 rue du Général Foy, PARIS, FR)
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Description:
Elément soudable par friction sur une extrémité de tube et procédé de soudage correspondant.

La présente invention concerne un élément tubu- laire d'un circuit de transport de fluide, destiné à être fixé à une extrémité de tube par soudage par friction. L'invention a également comme objet un procédé de soudage par friction. Un tel élément est par exemple un élément émet- teur de fluide ou récepteur de fluide, et plus particu¬ lièrement un élément de raccordement de l'extrémité de tube, par exemple à une autre extrémité de tube, une pompe, un réservoir... ARRIERE PLAN DE L'INVENTION II est connu des éléments de raccordement qui comportent un corps dans lequel est ménagé un logement pour accueillir l'extrémité de tube. Le logement comporte un tronçon d'entrée de l'extrémité de tube et un tronçon de soudage ayant une entrée délimitée par une surface d'amorçage du soudage. L'extrémité de tube est fixée à l'élément de rac¬ cordement par un procédé de soudage par friction qui com¬ prend les étapes de : - introduire l'extrémité de tube dans le loge- ment, - mettre en frottement 1 'extrémité de tube contre la surface d'amorçage pour ramollir la matière du tube et la matière de l'élément, - introduire l'extrémité de tube dans le tronçon de soudage du logement pour y souder l'extrémité de tube. Ce mode de fixation de l'extrémité de tube à l'élément de raccordement est particulièrement rapide et efficace avec les tubes et les éléments de raccordement réalisés classiquement en matière thermoplastique mono- couche. Toutefois, les matières thermoplastiques consti¬ tuant les tubes et les corps des éléments de raccordement incorporent de plus en plus fréquemment des charges vi¬ sant à améliorer leur performance et notamment leur ré- sistance aux sollicitations mécaniques, aux produits chi¬ miques, à la température, au rayonnement... Or, il existe un risque que ces charges constituent au niveau de sou¬ dure des zones hétérogènes qui fragilisent la soudure. En outre, les contraintes de fonctionnement aux- quelles sont soumis les tubes de transport de fluide ren¬ dent nécessaire de recourir à des structures multicouches dont chaque couche constitue une réponse économique à une ou plusieurs des contraintes auxquelles le tube est sou¬ mis. A titre d'exemple, un tube multicouche peut compren- dre une couche interne chimiquement compatible avec le fluide véhiculé, une couche intermédiaire formant bar¬ rière au gaz et/ou assurant une fonction de renfort méca¬ nique, et une couche externe résistant aux agressions ex¬ térieures telles que la température, le rayonnement ul- traviolet, les agressions chimiques... Seule la couche ex¬ terne ou la couche interne est réalisée en un matériau susceptible d'être soudé au matériau constituant l'élé¬ ment de raccordement. Il en résulte que l'épaisseur de matériau disponible pour la soudure est relativement fai- ble par rapport à celle d'un tube monocouche dont une plus grande épaisseur pourrait être utilisée pour le sou¬ dage. Les contraintes résultant d'un effort de traction exercé sur le tube seront donc concentrées sur une zone relativement réduite, ce qui pourrait conduire à une dé- térioration de la soudure. Il 'est connu du document US-A-4 547 239 un élé¬ ment destiné à être fixé à une extrémité de tube par sou¬ dage par 'friction. L'élément comporte un logement pour y accueillir l'extrémité de tube. Le logement comprend un tronçon d'entrée relié à un tronçon de soudage par une surface d'amorçage. Une gorge hélicoïdale est ménagée dans le tronçon de soudage. Lors du soudage la matière de 1 'extrémité de tube s'expand dans la gorge. La retenue du tube risque toutefois d'être insuffisante en cas de for- tes sollicitations du tube. OBJET DE L'INVENTION II serait donc intéressant de disposer d'un moyen économique et fiable pour réaliser par friction des sou¬ dures résistantes sur des éléments tubulaires destinés au transport de fluide. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un élément tubulaire destiné à être fixé à une extrémité de tube par soudage par friction pour transporter un fluide, 1 'élément comportant un corps dans lequel est ménagé un logement pour accueillir l'extrémité de tube, le logement comportant un tronçon d'entrée de l'extrémité de tube et un tronçon de soudage ayant une entrée formée par une surface d'amorçage du soudage, le logement comprenant en- tre le tronçon d'entrée et le tronçon de soudage, au moins une gorge de réception d'une partie refoulée de l'extrémité de tube lors du soudage, la gorge de récep¬ tion ayant un flanc dont au moins une portion forme la surface d'amorçage et à l'opposé un flanc de butée pour la partie refoulée. Après durcissement, la partie refoulée forme un bourrelet qui vient en appui du flanc de butée. Ainsi, les contraintes résultant de sollicitations mécaniques exercées sur le tube sont réparties à la foi sur la zone soudée et sur la zone de contact entre la partie refoulée du tube et le flanc de butée. De préférence, le logement a une forme annulaire dont une surface interne est formée par une surface ex¬ terne d'un nez solidaire de l'élément pour être introduit dans l'extrémité de tube. Ainsi, le nez empêche que le tube ne fasse un bourrelet interne sous l'effort d'introduction dans le tronçon de soudage. Un tel bourrelet constituerait en ef¬ fet une restriction de la section de passage du fluide dans le tube. Le nez exerce en outre une fonction de gui¬ dage du tube dans le logement. L'invention a également pour objet un procédé de soudage par friction qui comprend les étapes de : - introduire 1 'extrémité de tube dans un logement ménagé dans l'élément, - mettre en frottement 1 'extrémité de tube contre l'élément pour ramollir la matière du tube et de l'élé¬ ment, et - introduire l'extrémité de tube dans un tronçon de soudage du logement pour y souder l'extrémité de tube. Lors de l'introduction de l'extrémité de tube dans le tronçon de soudage, une partie de la matière du tube est refoulée de telle manière que, après durcissement, la ma¬ tière refoulée coopère avec une surface de l'élément pour constituer une butée s 'opposant à une extraction du tube hors du logement de l'élément. D'autres caractéristiques et avantages de l'in¬ vention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisations particuliers non limitatifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS II sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle, en coupe longitudinale, d'un élément de raccordement con¬ forme à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 a début de l'opération de soudage d'une extrémi¬ té de tube dans l'élément de raccordement, - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1 à la fin de l'opération de soudage, - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'une variante du premier mode de réalisation, - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'un élément de raccordement conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'un élément de raccordement conforme à un troi¬ sième mode de réalisation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est ici décrite en relation avec un élément de raccordement, tel qu'un raccord, comportant un corps, généralement désigné en 1, dans lequel est ménagé un conduit 2 débouchant, d'une part, dans une section 3 du corps agencée pour permettre le raccordement d'une ex¬ trémité de tube 4 au conduit 2 et, d'autre part, dans une section du corps, non visible sur les figures, agencée pour permettre le raccordement du conduit 2 à une autre extrémité de tube ou bien à un organe émetteur ou récep- teur de fluide tel qu'un réservoir, une pompe... Cette der¬ nière section peut par exemple comprendre un embout à dent de sapin, des moyens de connexion instantanée comme une rondelle à dents ou un élément mobile de verrouillage destiné à coopérer avec un embout solidaire de l'organe. La section 3 du corps 1 comprend un logement, gé¬ néralement désigné en 5, destiné à accueillir l'extrémité de tube 4 et dans lequel l'extrémité de tube 4 est desti¬ née à être soudée par friction. Le conduit 2 débouche coaxialement dans le logement 5. Le logement 5 comprend, de façon axialement suc¬ cessive un tronçon d'entrée 6, un tronçon de guidage 7, une gorge 8 et un tronçon de soudage 9. Le tronçon d'entrée 6, de forme cylindrique, dé¬ bouche à l'extérieur du corps 1 par un chanfrein 10 et se raccorde par l'intermédiaire d'une surface tronconique 11 au tronçon de guidage 7. Le tronçon d'entrée 6 a un diamètre supérieur au diamètre externe de 1 'extrémité de tube 4. Le tronçon de guidage 7, de forme cylindrique, a un diamètre inférieur au diamètre du tronçon d'entrée 6 et légèrement supérieur au diamètre externe de l'extrémi¬ té de tube 4 pour recevoir celle-ci à coulissement avec un jeu transversal minime. La gorge 8 a un diamètre supérieur au diamètre du tronçon de guidage 7 et comporte un flanc 12 de raccorde¬ ment au tronçon de guidage 7 et un flanc 13 de raccorde¬ ment au tronçon de soudage .9. Le flanc 12 a une forme tronconique. Le flanc 13 comprend du côté du fond de la gorge une surface tronconique 13.1 et du côté du tronçon de soudage 9 une surface annulaire 13.2 radiale. Le tronçon de soudage 9 a un diamètre inférieur au diamètre externe de l'extrémité de tube 4. Le tronçon de soudage 9 comprend ici une partie cylindrique 9.1 du côté de la gorge 7 et à l'opposé de la gorge 7 une partie tronconique 9.2 borgne. Un nez 14 tubulaire s'étend coaxialement dans le logement 5. Le nez 14 est également agencé pour consti¬ tuer un appendice de guidage de 1 'extrémité de tube de telle manière que le logement ait une forme annulaire borgne du côté de la partie 9.2 du tronçon de soudage 9. L'élément de raccordement et l'extrémité de tube sont réalisés dans des matériaux thermoplastiques soudables 1 'un sur 1 'autre. La fixation de l'extrémité de tube 4 dans l'élé- ment de raccordement va maintenant être décrite. La 'fixation est réalisée par soudage par fric¬ tion. Cette technique de soudage est connue en elle-même. Le procédé de l'invention comprend l'étape d'introduire l'extrémité de tube dans le logement 5 jusqu'à mettre en contact la face terminale 15 de l'extrémité de tube 4 contre la surface annulaire 13.2. L'extrémité de tube est ensuite mise en mouvement par rapport à l'élément de raccordement de manière que la face terminale de l'extrémité de tube 4 frotte contre la surface annulaire 13.2. Cette opération de mise en frot¬ tement est ici réalisée en imprimant un mouvement de ro¬ tation à l'extrémité de tube 4 par rapport à l'élément de raccordement. Le frottement de la face terminale 15 de l'extré- mité de tube 4 contre la surface annulaire 13.2 va provo¬ quer un échauffement localisé du tube et de la portion adjacente de l'élément de raccordement qui va permettre le ramollissement de la matière de l'extrémité de con¬ duite et de 1 'élément de raccordement dans cette zone pour amorcer le soudage de l'extrémité de tube 4 dans 1 'élément de raccordement. L'effort d'insertion se poursuivant, le tube va pénétrer dans le tronçon de soudage 9 pour y être finale¬ ment soudé. Lors de cette pénétration du tube dans le tronçon de soudage 9, une partie du matériau constituant l'extré¬ mité de tube 4 est refoulée dans la gorge 8. A la fin du soudage, l'ensemble extrémité de tube 4 et élément de raccordement est refroidi. La partie re- foulée du tube forme alors un bourrelet qui est au con¬ tact du flanc 12 de la gorge 8 qui constitue une butée à l'extraction de l'extrémité de tube 4 hors du logement 5 de l'élément de raccordement. Selon ' la variante représentée à la figure 4, le tronçon de guidage 7 peut être pourvu de rainures axiales 17. Lors du soudage, de la matière refoulée pénètre dans ces ' rainures qui forment un obstacle à la rotation du tube. Une seule rainure peut suffire à cette fonction, de même, par exemple, qu'une autre forme qui serait en saillie dans la matière refoulée. En référence à la figure 5, et selon le deuxième mode de réalisation, le corps 1 comprend un logement 25 dans lequel s'étend coaxialement un nez 16. Le logement 25 a ainsi une forme annulaire dont la surface interne est formée par la surface externe du nez 16. La surface externe du logement 25 est ici cylindrique. La surface externe du nez 16 comprend un tronçon d'entrée 26, un tronçon de guidage 27, une gorge 28 et un tronçon de sou- dage 29 qui sont agencés de façon symétrique par rapport aux différents tronçons du logement 5 décrit en référence au premier mode de réalisation pour exercer des fonctions identiques. Le tronçon de guidage 27 a ainsi un diamètre lé- gèrement inférieur au diamètre interne de l'extrémité de tube, le tronçon d'entrée 26 a un diamètre inférieur à celui du tronçon de guidage 27, et la gorge 28 a un fond de gorge de diamètre inférieur au diamètre du tronçon de guidage 27. Le tronçon de soudage 29 a un diamètre supé- rieur au diamètre interne de l'extrémité de tube. Le tronçon d'entrée 26 comprend une extrémité bi¬ seautée 30 et à l'opposé une surface tronconique 31 de raccordement au tronçon de guidage 27. La gorge 28 a, du côté du tronçon de guidage 7, un flanc 32 de forme tronconique destiné à former une bu¬ tée pour la matière refoulée et, du côté du tronçon de soudage 9, un flanc 33. Le flanc 33 comprend une surface tronconique 33.1 jouxtant une surface annulaire radiale 33.2. Le flanc 32 de la gorge 28 constitue une butée à l'extraction de l'extrémité de tube hors du logement 25, comme dans le premier mode de réalisation. Le tube est ici un tube multicouche dont la cou¬ che interne est en un matériau présentant des propriétés de soudabilité avec le matériau de l'élément de raccorde- ment. En référence à la figure 6 et conformément au troisième mode de réalisation, le logement 45 destiné à accueillir l'extrémité de tube a une forme annulaire dé- limitée par une surface externe agencée comme celle du premier mode de réalisation et une surface interne agen¬ cée comme celle du deuxième mode de réalisation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des va- riantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven¬ tion tel que défini par les revendications. En particulier, la mise en frottement peut égale¬ ment être réalisée en faisant vibrer l'extrémité de tube 4 par rapport à 1 'élément de raccordement. Le tronçon de soudage 9 peut en outre être tota¬ lement cylindrique ou totalement tronconique. Dans le premier mode de réalisation, il est pos¬ sible d'utiliser des tubes multicouches dont la couche externe est en un matériau soudable avec le matériau de l'élément de raccordement. Par ailleurs, le nez 14 est facultatif. Le flanc 12, 32 de la gorge peut être formé par une surface non tronconique et par exemple une surface radiale. Pour former des obstacles à la rotation du tube, au moins un relief peut être prévu dans la gorge 8, 28. Ce relief peut être une partie saillante qui peut avoir la forme d'une languette ou d'un ergot, ou une partie creuse telle qu'une rainure. La gorge peut en outre avoir une circonférence interrompue par intervalle.