Procédé de réalisation d'un tube pour échangeur de chaleur

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un tube de circulation de liquide caloporteur pour échangeurs de chaleur. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des systèmes d'échange de chaleur dans les véhicules automobiles, notamment les radiateurs de refroidissement des moteurs.

On connaît aujourd'hui des échangeurs de chaieur pour véhicules automobiles constitués par un faisceau de tubes disposés parallèlement sur une ou plusieurs rangées, ces tubes étant destinés à la circulation à travers l'échangeur d'un fluide caloporteur, tel que de l'eau additionnée de glycol dans le cas des radiateurs de refroidissement de moteurs. L'eau en refroidissant les organes du moteur s'échauffe et doit à son tour être refroidie. C'est le rôle du radiateur d'assurer cette fonction. A cet effet, l'eau à refroidir est mise en circulation dans les tubes du radiateur et se refroidit par échange thermique avec de l'air, l'échange thermique étant réalisé par l'intermédiaire d'éléments d'échange de chaieur disposés dans le faisceau de tubes.

D'une manière générale, les tubes utilisés sont réalisés en un matériau métallique peu oxydable, comme l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Selon la technologie d'assemblage de l'échangeur de chaleur, on distingue différents types d'éléments d'échange de chaleur.

Lorsque l'assemblage est mécanique, les éléments d'échange de chaieur sont des ailettes parallèles traversées par ies tubes de circulation dans des trous pratiqués dans ies ailettes. Le maintien de l'ensemble est réalisé mécaniquement par sertissage au moyen d'un outil introduit à l'intérieur des tubes de manière à déformer les parois des tubes et les appliquer à force contre les trous pratiqués dans les ailettes.

Une autre technologie d'assemblage est le brasage des tubes sur des éléments d'échange de chaleur constitués par des intercalaires placés entre les tubes. En général, ces intercalaires sont réalisés sous forme de surfaces ondulées, les tubes étant brasés sur les intercalaires au niveau des sommets des ondulations.

L'invention s'applique aussi bien aux échangeurs à assemblage mécanique qu'aux échangeurs à assemblage par brasage, mais trouve plus d'avantages avec les échangeurs mécaniques.

On entend par échangeur de type mécanique, un échangeur où les éléments d'échange de chaleur sont, notamment, des ailettes parallèles traversées par des tubes de circulation dans des trous pratiqués, dans ies ailettes. il est aussi possible, dans un échangeur de type mécanique, que le maintien de l'ensemble soit réalisé mécaniquement par sertissage au moyen d'un outil introduit à l'intérieur des tubes de manière à déformer les parois des tubes et les appliquer à force contre les trous pratiqués dans ies ailettes.

Un échangeur de type mécanique peut aussi comporter des évasements à certaines au moins des extrémités des tubes de circulation situées à l'intérieur de la boite collectrice de l'échangeur. Ainsi, l'évasement des extrémités dépassantes des tubes dans la boîte collectrice permet d'assurer l'étanchéité des bottes collectrices, notamment par coopération avec un joint et/ou de bloquer le déplacement longitudinal des tubes et d'assurer une retenue des tubes et des boîtes collectrices sans avoir recours à des traverses ou à des joues latérales. Cet évasement est lui aussi généralement réalisé à force.

Un procédé actuellement utilisé pour fabriquer des tubes en aluminium pour la réalisation d'échangeurs de chaleur est l'extrusion ou la co-extrusion.

Dans les deux cas, la cote finale du tube est obtenue directement à la sortie de la presse d'extrusion. Les deux procédés diffèrent au niveau de la prise en compte de la lutte contre la corrosion. Pour un tube extrudé, on utilise comme matière première un aliiage dit « longue durée » (ou « long life ») qui assure intrinsèquement la protection contre la corrosion. Pour un tube co- extrudé, deux matériaux sont fiiés simultanément sur la presse d'extrusion, l'un des matériaux étant alors utilisé comme couche protectrice de la corrosion.

Pour gérer ies différentes dimensions de tubes, il est possible de faire de l'étirage à partir d'un tube-mère provenant de l'extrusion ou de la co- extrusïon.

Un autre procédé connu est l'électro-soudage d'un feuillard d'aluminium muiti-couches, une des couches servant à la protection contre !a corrosion. Le feuillard est roulé, puis éiectro-soudé.

Cependant, ces procédés connus présentent un certain nombre d'inconvénients.

S'agissant de Pextrusion ou de la co-extrusion, se pose un problème de coût car la diminution d'épaisseur des tubes s'accompagne d'un ralentissement du débit de matière qui réduit la capacité de production. De même pour la technique d'étirage pour laquelle la diminution d'épaisseur implique une augmentation du nombre de passes d'étirage.

Enfin, les alliages « longue durée » sont plus difficiles à travailler en faible épaisseur à cause de leurs structures métaliographiques différentes et de leurs caractéristiques mécaniques moins résistantes.

L'électro-soudage est réalisé à partir d'une feuille de métal roulée. Pour garantir le contact entre les deux bords de la feuille roulée, il faut appliquer une contrainte de forgeage qui provoque la formation d'un cordon de soudure.

Avec des épaisseurs faibles, la matière s'écroule, ce qui limite la réduction d'épaisseur du tube.

Ce cordon peut être raclé à l'extérieur, avec le risque cependant de créer des rayures à la surface du tube qui peuvent être la cause d'une mauvaise étanchéité au niveau du joint dans les boîtes à eau.

Le cordon de soudure interne ne peut être supprimé que lorsque le diamètre du tube est suffisant. Pour des diamètres trop faibles, l'introduction de l'outil de raciage est impossible, ce qui pose des problèmes pour les opérations ultérieures d'assemblage, en particulier pour l'expansion mécanique du tube. Il faut alors changer la forme de l'outil de sertissage.

De plus, il faut signaler que le raclage du cordon de soudure interne et externe est difficile à maîtriser à cause des oscillations du tube lors du défilement et des vibrations engendrées sur les outils de raclage. Aussi, un but de l'invention est de proposer un procédé de réalisation d'un tube de circulation de liquide caloporteur pour échangeurs de chaleur, qui serait moins coûteux que ie procédé par extrusion ou co-extrusion et qui

permettrait d'éviter les inconvénients du procédé par électro-soudage iiés à la formation du joint de soudure.

Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que ledit procédé comprend les étapes suivantes : - roulage d'un tube à partir d'une bande de feuiliard comportant, au moins, une couche métallique de base,

- soudage du tube,

- étirage du tube soudé.

Ainsi, on comprend que l'étape d'étirage du tube soudé permet de réduire les dimensions du tube en diamètre et en épaisseur tout en supprimant simultanément le cordon interne et externe formé durant l'étape de soudage, ce qui facilite grandement les opérations ultérieures d'assembiage mécanique.

L'invention présente d'autres avantages comme la possibilité d'obtenir des tubes plaqués de petites dimensions et de gérer avec une seule largeur de feuiîlard différentes dimensions de tube.

Selon l'invention, l'étape d'étirage est suivie d'une étape de recuit. Le tube après étirage étant particulièrement dur, ie recuit permet de ramener le tube à l'état mou en vue des opérations suivantes de formage et de coupe. L'invention concerne aussi un tube pour échangeur de chaleur obtenu par le procédé et un échangeur de chaleur comportant au moins un tel tube.

La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 montre les différentes étapes d'un procédé conforme à l'invention.

Sur la figure 1 est illustré un procédé de réalisation d'un tube de circulation de liquide caloporteur pour échangeurs de chaleur, tels que ceux utilisés dans l'industrie automobile par exemple, Une étape préalable (a) consiste à choisir la matière première qui servira de base à la réalisation du tube.

Cette matière première peut être une bande 10 de feuiliard multi- couches avec, d'une part, une couche d'aluminium de base servant de

support et pouvant être un alliage « longue durée », et, d'autre part, une ou plusieurs couches de plaquage d'aluminium ayant des propriétés contre la corrosion, des propriétés pour la brasure, ... il est également possible d'utiliser un feuillard simple et de déposer sur la bande 10 avant roulage et soudage une couche additionnelle de protection contre la corrosion.

L'utilisation de feuillard comme matière première offre une solution flexible, permettant un choix illimité de matières et de placages.

Au cours de l'opération (b), la bande 10 de feuillard est roulée en plaçant au besoin la couche protectrice à l'intérieur ou à l'extérieur, puis soudée.

Le soudage permet de fermer le tube roulé 11 en créant une zone d'alliage constituée d'un mélange des différentes couches. Cette opération de soudage conduit à la formation d'un cordon de soudure interne et externe plus ou moins important en fonction du procédé de soudage utilisé : laser, plasma, électro-soudage, ...

L'étape (c) consiste, d'une part, à étirer le tube 11 ainsi roulé et soudé, puis, d'autre part, à recuire le tube 12 étiré en sortie de la filière.

Comme mentionné plus haut, l'opération d'étirage permet : - de réduire les dimensions du tube en diamètre et épaisseur,

- de supprimer le cordon de soudure interne et externe,

- de gérer avec un seul tube-mère 11 , et donc une seule largeur de bande 10 de feuillard, les différents diamètres et les différentes épaisseurs de tubes finaux. Le recuit a pour but de ramener le tube 12 à un état mou facilitant l'étape ultérieure (d) de formage du tube 12, rond ou plat par exemple, et de coupe à la longueur.