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Jonction de tubes, spécialement pour cadrea de bicyclettes, et analogues.
La présente invention se rapporte à une jonction de tubes les uns aux autres, ou bien avec des manchons ou des raccords à vis, par brasage, spécialement pour la con- struction de cadres de bicyclettes, de motocyclettes ou d'autres véhicules. Jusqu'à présent la chaleur nécessaire pour la brasure des éléments à réunir a été produite par une flamme. Mais ce type de chauffage, non seulement est relati- vement fastidieux, mais présente à cause de sa grande durée, encore l'inconvénient, consistant en ce qu'une fraction con- sidérable de la chaleur se propage dans les portions des tu- bes voisines de l'endroit de jonction, ce qui porte un préju-
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dice à la solidité de ceux-ci.
C'est ainsi que par exemple lors du brasage d'un tube de cadre d'une bicyclette à un manchon il se produit un chauffage du tube à l'endroit qui est le plus fortement soumis à des ruptures, un peu éloigné de l'extrémité du manchon. Comme conséquence il peut facile- ment se produire à cet endroit par suite des charges surve- nant pendant l'usage de la bicyclette, ce que l'on désigne par une rupture à froid.
Ces inconvénients doivent être éliminés suivant la présente invention en chauffant les éléments à braser par induction produite par des courants électriques. Ce type de chauffage est caractérisé d'une part en ce que les éléments à relier sont très rapidement chauffés à la température né- cessaire pour le brasage, et en ce que d'autre part il est possible de limiter localement le chauffage, de concentrer donc la chaleur à la zone de brasage, de telle sorte qu'un échauffement nuisible des éléments de tube voisins peut être évité. A cause de la limitation exacte du chauffage par in- duction, il est facilement possible, de refroidir les éléments qui sont raccordés à la zone de brasage, pendant la producti- on de chaleur dans la zone de brasage, par exemple par arro- sage d'eau.
Une diminution de la résistance des tubes de ca- dre par chauffage de leurs éléments qui sont soumis aux plus grands risques de rupture est ainsi empêchée, de telle sorte que les cadres de bicyclette brasés suivant la présente inven- tion sont caractérisés par de bonnes qualités de résistance.
En outre on réalise l'avantage consistant en la diminution considérable de la durée nécessaire pour le brasage, ce qui a donc pour conséquence une production plus économique.
L'application du chauffage par induction connu pour d'autres buts, pour le brasage de tubes introduits l'un dans l'autre, ou de tubes et manchons, raccords à vis, était com- pliqué par la difficulté consistant en ce que les courants d'induction utilisés ayant des fréquences de 1. 000 à 10.000 Hertz circulaient principalement dans les couches extérieures
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du métal soumis à l'induction, et produisaient donc ce que l'on appelle un effet Kelvin, de telle sorte que la partie intérieure du tube était en quelque sorte protégée par la partie extérieure et que cette dernière présentait déjà des effets de combustion, avant que l'endroit de brasage n'ait été porté à la température de brasage.
Mais les expériences pratiques de l'auteur de la présente invention ont permis de constater que l'effet Kelvin n'était pas nécessairement un empêchement majeur et que la difficulté pouvait être vaincue lorsqu'un contact suffisamment conducteur thermique entre les éléments à relier était prévu, de telle sorte que l'élément de jonction intérieur, était chauffé, en plus par la chaleur produite par le courant direct, encore par la chaleur amenée par conductivité thermique à partir de l'élément extérieur.
Dans ce but les tubes à braser ou bien le tube et le manchon ou le raccord à vis peuvent être introduits l'un dans l'autre de façon serrée, en faisant de la sorte que dans la zone de brasage les dimensions intérieures du tube extérieur et les dimensions extérieures du tube intérieur soient identiques.
Les éléments à relier peuvent cependant pénétrer l'un dans l'autre de façon légèrement mobile, si dans la zone de brasa- ge un contact par points est assuré grâce à l'existence d' écarts de la forme cylindrique idélae ou/et l'existence d' écarts de la ligne droite. Le cas échéant on peut aussi utili- ser la couche intermédiaire de métal de brasage pour réaliser un contact conducteur thermique, en donnant à cette couche de métal des dimensions ou une disposition telles, que lors de l'introduction l'un dans l'autre des éléments à relier, cette couche de métal vient s'appliquer aux deux éléments par suite de compressions radiales ou axiales.
Le principe de la présente invention consiste donc en premier lieu en un procédé pour la jonction de tubes l'un à l'autre, ou de tubes et manchons, raccords à vis, par brasa- ge, destiné spécialement à la fabrication de cadres de bicy- clettes, de motocyclettes et d'autres véhicules avec cadres
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tubulaires, et dans ce procédé les éléments à relier intro- duits l'un dans l'autre avec une couche de métal de brasage intermédiaire sont en contact conducteur thermique et sont chauffés par des courants électriques par voie d'induction.
Pour mettre en oeuvre ce procédé, on procède de préférence de façon telle que la couche intermédiaire de métal de brasage est disposée à un endroit éloigné de l'extrémité de l'élément extérieur, par exemple près de l'extrémité de l'élément inté- rieur, et on limite l'effet d'induction à une portion de la longueur d'engagement de l'endroit de jonction voisine de la couche intermédiaire de métal de brasage. On peut, refroidir les éléments à relier ou tout au moins le tube émergeant de l'endroit de jonction pendant le chauffage par induction de l'élément de jonction extérieur.
La couche intermédiaire de métal de brasage, de préférence sous forme d'un anneau, peut être disposée dans une chambre de fusion prévue dans l'élément de jonction intérieur sous forme de rainure annulaire, l'effet d'induction s'étendant à la chambre de fusion et aux sections directement adjointes des éléments de jonction pénétrant l'un dans l'autre. Une forme de réalisation avantageuse consiste à fixer la couche intermédiaire de métal de brasage à l'un des deux éléments de jonction sous forme de revêtement adhé- sif. Ce revêtement adhésif de métal de brasage est de préfé- rence disposé à l'extrémité de l'élément de jonction intéri- eur. Il peut être produit par soudure par immersion, et le cas échéant plusieurs immersions peuvent être pratiquées.
Etant donné que le chauffage par induction peut être limité localement, le procédé suivant la présente inven- tion offre la possibilité avantageuse de réaliser, en vue de décharger la jonction de brasage, une jonction mécanique sup- plémentaire, consistant en un calage ou en un serrage. Dans ce but, suivant la présente invention, les éléments à relier peuvent être introduits avec un excès de pression l'un dans l'autre sur une portion de leur longueur d'engagement se trou- vant à l'extérieur de la zone de brasage, en vue de réaliser
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un calage ou un serrage. Pendant le chauffage par induction on refroidit alors de préférence la zone de calage ou de ser- rage, de sorte que la tension élastique produite pendant l'in- troduction sous pression des éléments de jonction subsiste.
L'invention se rapporte donc en outre à un procédé nouveau, également à une jonction de tubes l'un à l'autre, ou à des manchons ou raccords à vis, spécialement pour cadres de bicy- clettes, de motocyclettes et d'autres véhicules, qui est ca- ractérisée en ce que les éléments reliés l'un à l'autre par brasage sont également reliés mécaniquement grâce à un calage ou serrage séparé de la zone de brasage. Cela présente l'avan- tage substantiel, consistant en ce que la jonction de brasage est déchargée par la jonction par calage ou serrage, ce qui produit une jonction de tubes de plus grande résistance et solidité. La zone de serrage ou calage se trouve de préféren- ce à l'extrémité de l'élément de jonction extérieur, tandis que la zone de brasage se trouve plus à l'intérieur.
Le dessin représente deux formes de réalisation de l'objet de la présente invention.
La Figure 1 représente à plus grande échelle la jonction d'un tube avec un manchon suivant le premier exemple, en une demi-coupe longitudinale avant le brasage.
La Figure 2 représente la même jonction, partielle- ment en coupe longitudinale, partiellement en vue en élévation latérale, suivant l'exécution de l'opération de brasage.
La Figure 3 représente une disposition de bobines d'induction et d'arrosoirs de refroidissement, pour la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention.
Les Figures 4 et 5 représentent à plus grande échel- le la jonction d'un tube avec un manchon suivant le deuxième exemple, en demi-coupe longitudinale, avant et après l'exécu- tion de l'opération de brasage.
Dans les Figures 1 et 2 le chiffre de référence 1 désigne un manchon monté par exemple sur le tube de guidage 2 et le chiffre de référence 3 désigne un tube de cadre qu'il
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faut y relier. Le tube 3 et le manchon 1 pénètrent l'un dans l'autre sur une certaine partie. La partie du tube qui pénè- tre dans le manchon a un diamètre qui se réduit progressive- ment, de façon telle que la plus grande partie a de la lon- gueur de pénétration du tube présente un ajustage serré,étant donné que son diamètre extérieur est identique au diamètre intérieur du manchon.
Sur la partie restante de la longueur de pénétration, c'est-à-dire sur la partie b voisine de l'ex- trémité du manchon, le tube a par contre un diamètre un peu plus grand, représenté en agrandi sur le dessin, cette aug- mentation étant, pour des diamètres de tubes habituels de vélos d'environ 27 mm, de 0,2 mm de préférence, mais pouvant le cas échéant être également plus grande. Près de l'extrémité de l'élément de jonction intérieur, du tube 3, on a pratiqué dans ce dernier une rainure circulaire 4 de section aplatie rectangulaire, qui sert de chambre de fusion. Cette rainure contient une bague aplatie 5 en métal de brasage, qui est fendue afin de pouvoir être introduite dans la rainure.
L'épaisseur de cette bague, qui a de préférence une largeur d'environ 3,5 mm et une épaisseur d'environ 0,5 mm, est un peu plus faible que la profondeur d'environ 0,7 mm de la rai- nure annulaire 4, et la bague 5 est appliquée par son côté intérieur au tube 3, tandis qu'à l'extérieur elle a un peu de jeu par rapport au manchon 1. Après insertion de la bague de métal de brasage 5 dans la chambre de fusion 4 le tube 3 est introduit sous une pression considérable dans le manchon 1.
C'est ainsi que les deux éléments qui doivent être reliés, 1 et 3, viennent en contact bon conducteur thermique sur la longueur de pénétration a voisine de la chambre de fusion, sans qu'il ne se produise une déformation, tandis que sur la portion b de la longueur de pénétration les éléments de jonc- tion sont déformés, à cause des dimensions trop fortes du tu- be, et ils sont d'un côté comprimés, d'autre côté élargis, et la tension élastique ainsi produite a pour conséquence que le tube et le manchon sont montés de façon solide l'un sur l'au-
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tre sur la portion b de leur longueur de pénétration, grâce à la réalisation d'un calage ou d'un serrage. Ensuite les éléments de jonction, à l'exception des parties faisant par- tie de la zone de calage ou de serrage b, sont chauffés à la température nécessaire au brasage.
Ce chauffage a lieu par voie d'induction à l'aide de courants électriques, en indui- sant à l'aide d'une bobine qui les entoure, des courants électriques d'une fréquence comprise entre 1. 000 Hertz et 10. 000 Hertz dans le manchon et dans l'extrémité de tube. La bobine est disposée de façon telle que son effet d'induction s'étend sur la chambre de fusion 4 et les portions de tube 3 et manchon 1 directement voisins, mais pas sur la zone de ca- lage ou de serrage b, donc qu'il s'étend approximativement sur la longueur c. Grâce aux courants d'induction il se pro- duit un chauffage très rapide des éléments qui doivent être reliés, de telle sorte que sur un temps très bref d'environ 12 sec., ils sont élevés à la température nécessaire pour le brasage.
La bague de métal de brasage 5 est ainsi fondue et la brasure fondue pénètre par capillarité sous forme d'une couche mince 5 dans l'espace mince qui se forme pendant le chauffage sur la portion a de la longueur de pénétration en- tre les éléments de la jonction 1 et 3, de telle sorte que la brasure relie solidement le tube 3 et le manchon 1 pendant sa solidification. Par suite du chauffage de courte durée et de la limitation locale à la zone de brasage, un échauffement nuisible des éléments de jonction à l'endroit de calage ou de serrage voisin de l'extrémité du manchon 1 est empêché, de telle sorte que la déformation à froid produite lors de l'in- sertion sous pression de tube dans le manchon reste maintenue, et que donc en plus de la jonction par brasage une jonction mécanique du tube et du manchon par calage ou serrage est assurée.
Dans le but d'empêcher un échauffement nuisible de la zone de serrage b et de la portion du tube de cadre 3 dis- posée extérieurement du manchon 1, on peut encore prévoir un refroidissement des éléments de jonction de la zone de calage
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ou de serrage b pendant le chauffage par induction de la zone de brasage, en l'arrosant d'eau de refroidissement.
Le brasage a lieu de préférence avec des éléments de jonction à axe vertical ou tout au moins debout. On peut alors, comme l'indique la Figure 3, effectuer le refroidisse- ment sous la bobine d'induction 6 à l'aide d'un simple arro- soir circulaire 7 pour l'eau de refroidissement. Lorsque l'on applique le nouveau procédé de jonction à des cadres de bicy- clette on peut également procéder suivant la présente inven- tion de façon telle, que le chauffage et le brasage de deux jonctions de tube voisines, par exemple les jonctions des tu- bes de cadre supérieur et inférieur 3 et 3a avec le tube de guidage 2, aient lieu simultanément. Dans ce but on peut em- ployer, comme l'indique la Figure 3, deux bobines d'induction 6, qui sont réunies par un support 8 en un dispositif de chauffage double sous forme de lunettes.
Les bobines 6 sont démontables de façon connue en vue de pouvoir les fixer aux tubes et peuvent présenter des contacts de liaison appropriés aux joints de séparation. Sous les bobines d'induction sont prévues les deux arrosoirs annulaires 7, qui servent à refroi- dir les zones de calage ou de serrage b et les portions de tube voisines, se trouvant à l'extérieur des manchons 1, pen- dant le chauffage par induction des zones de brasage. Les deux arrosoirs 7 sont raccordés à une source d'eau de refroi- dissement à l'aide de conduites flexibles.
La forme de réalisation suivant les Figures 4 et 5 se distingue de la première forme de réalisation en ce que la rainure annulaire 4 est supprimée et remplacée par une dispo- sition dans laquelle la partie terminale d de l'élément de jonction intérieur 1 a un diamètre un peu plus petit. Cette portion réduite supporte la couche intermédiaire de métal de brasage 5a sous forme d'un revêtement adhésif. La fixation du revêtement a lieu de préférence à l'aide du procédé dit soudu- re par immersion, en immergeant l'extrémité de tube d dans un bain de soudure liquide. Pour réaliser l'épaisseur désirée du
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revêtement adhésif on peut procéder le cas échéant à plusieurs immersions.
Sur la portion a de la longueur de pénétration, le tube 3 a de nouveau un diamètre extérieur égal au diamètre intérieur du manchon 1, tandis que sur la portion b voisine de l'extrémité du manchon le tube a de nouveau un diamètre augmenté d'environ 0,2 mm, te telle sorte que lors de l'intro- duction sous pression du tube dans le manchon un contact de bonne conductivité thermique a lieu sur la longueur a, tandis qu'en b est réalisé un calage ou un serrage. De façon analogue à celle décrite avec référence aux Figures 1 à 3 les éléments à relier sont chauffés sur une partie voisine de la couche intermédiaire de métal de brasage 5a par voie d'induction, tandis que la zone de calage ou de serrage b est maintenue froide.
Le métal de brasage fondu pénètre à nouveau par capil- larité dans l'espace mince produit sur la longueur a entre les éléments de la jonction, de telle sorte qu'une couche de métal de brasage 5X reliant le tube au manchon est formée.
La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées et décrites, mais on peut au con- traire prévoir de multiples modifications et d'autres formes de réalisations et applications. C'est ainsi que le tube pour- rait être légèrement mobile dans le manchon sur la portion a de sa longueur de pénétration, le contact conducteur thermique n'étant réalisé que par endroits de façon telle, que le tube et/ou le manchon s'écartent quelque peu de la forme cylindri- que exacte, comme c'est d'ailleurs par exemple le cas pour des tubes à parois minces. Au lieu d'une couche intermédiaire de métal de brasage de forme annulaire on pourrait prévoir une couche intermédiaire composée de plusieurs petites plaques, qui sont disposées dans plusieurs renfoncements distribués sur la périphérie du tube et faisant fonction de chambres de fusion.
Pour le brasage on peut employer une brasure ou un fondant fixé avant la jonction sous pression des éléments à relier. Le fondant a de préférence une consistance pâteuse, de telle sorte qu'il sert de lubrifiant lors de l'introduction
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sous pression des éléments de la jonction. Dans le but de réaliser une adhésion spécialement bonne du métal de brasage fondu aux surfaces de brasage, on peut nettoyer métallique- ment ces surfaces par décapage ou par des jets de sable.
Dans le but d'améliorer le contact servant à la conductivité thermique des éléments de jonction, on peut phosphater les surfaces de contact avant la jonction des éléments. La jonc- tion mécanique réalisée en plus de la jonction de brasage, à l'aide d'un serrage ou d'un calage, peut être, dans des cas appropriés, par exemple pour la jonction des tubes de cadre d'une bicyclette avec les manchons prévus sur le pédalier, raccourcie ou même supprimée. Dans ce cas le tube de cadre peut être refroidi sur sa portion émergeant du manchon. La présente invention, en plus de la jonction de tubes avec des manchons, peut également être appliquée à la jonction de tu- bes les uns aux autres ou de tubes à des raccords à vis, et dans ce cas les raccords à vis peuvent, si on le désire, avoir également la forme de pivots pleins.
En outre le procé- dé suivant la présente invention peut être appliqué dans les cas pour lesquels il est nécessaire de relier deux tubes à l'aide d'un manchon entourant les extrémités voisines de ces deux tubes. Finalement le procédé suivant la présente inven- tion n'est pas limité à des cadres de bicyclettes ou de moto- cyclettes, mais peut également être appliqué à des jonctions de tubes faisant partie d'autres objets, spécialement de vé- hicules à cadres tubulaires, par exemple de remorques pour bagages de bicyclettes ou de motocyclettes.
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