Joint d'étanchéité métallique Les joints utilisés pour assurer l'étanchéité entre deux organes sont généralement en une matière élastomère. Cependant, les joints de ce genre ne conviennent pas lorsque les organes doivent être soumis à des tempéra tures élevées, comme cela est nécessaire quand ils font partie d'une enceinte dans laquelle règne un vide poussé et qui doit, par suite, être dégazée. On utilise dans ce cas des joints métalliques.
Les joints métalliques utilisés le plus souvent jusqu'à présent sont constitués par un simple anneau en un métal malléable qui est, par exemple, découpé en couronne dans une feuille. Mais ces joints présentent l'inconvé nient d'être de fabrication coûteuse.
La présente invention a pour objet un joint métallique qui remédie à cet inconvénient.
Le joint métallique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments annulaires, en un métal ou alliage élastique, qui sont concentriques l'un à l'autre et au moins un anneau déformable, en un métal ou alliage mou, qui est comprimé radialement entre les deux éléments annulaires.
Lorsqu'on interpose le joint selon l'invention entre deux surfaces, par exemple entre deux brides planes, et qu'on rapproche les brides l'une de l'autre, l'anneau est écrasé et repousse transversalement les rondelles qui se déforment radialement de façon élastique jusqu'à ce que l'épaisseur de l'anneau devienne égale à celle des rondelles.
Si l'on desserre ensuite les brides, les pressions exer cées par celles-ci sur l'anneau disparaissent tandis que celles exercées par les rondelles subsistent et provo quent le gonflement de l'anneau jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre des pressions latérales soit atteint.
Ce phénomène est réversible, c'est-à-dire que, si l'on comprime de nouveau le joint entre les brides, ce joint reprend l'état qu'il avait lors de la première compression et assure l'étanchéité dans d'aussi bonnes conditions ; ce joint est ainsi réutilisable indéfiniment.
Le rapport d'élasticité des deux matériaux consti tuant l'anneau et les rondelles est, de préférence, com pris entre 5 et 10. L'anneau peut être, par exemple, en aluminium, en or, en cuivre, en argent, en étain ou en plomb. De leur côté, les rondelles peuvent être, par exemple, en acier inoxydable, en un alliage de nickel ou en un métal pur comme le nickel ou le molybdène.
Lorsque le joint selon l'invention est employé pour assurer l'étanchéité de deux surfaces au contact d'un fluide corrosif, l'anneau et les rondelles peuvent être en des métaux résistant à ce fluide. En variante, l'anneau et/ou les rondelles sont revêtus d'une couche protectrice après fabrication du joint, c'est-à-dire l'anneau étant comprimé entre les rondelles. De cette façon, la couche protectrice subit des déformations peu importantes au cours de l'utilisation du joint et ne risque pas de se dé chirer comme cela pourrait être le cas si l'anneau, par exemple, était revêtu d'une couche protectrice avant d'être comprimé entre les rondelles.
Le métal mou dont est constitué l'anneau a tendance à fluer dans l'espace existant, au début du serrage, entre les rondelles élastiques et les brides, et à former ainsi un bourrelet annulaire au droit de chacune des faces de serrage du joint. Lorsque ce fluage est suffisamment prononcé et qu'on procède à un nouveau serrage, il arrive parfois qu'il n'y ait pratiquement plus de compression élastique de l'anneau et que l'étanchéité devienne pré caire.
Dans une exécution prévue pour éviter ce risque, chacune des rondelles comporte une lèvre en saillie, sur chacune de ses faces de serrage, à son bord adjacent à l'anneau.
On peut également traiter thermiquement l'assem blage de façon à souder les bourrelets aux brides. Lorsque le joint est soudé aux deux brides, par Pin termédiaire de ses bourrelets, l'assemblage est parfaite ment étanche et l'étanchéité est conservée même en cas de chocs thermiques sévères.
Le démontage du joint ainsi soudé est facile. Il suffit simplement d'exercer un effort de manière à décoller les deux brides, par exemple à l'aide d'un levier ou d'une vis d'écartement. Le joint se décolle alors très facilement; il n'est plus réutilisable mais peut être remplacé par un joint neuf, à condition de retirer à l'aide d'un papier abrasif fin les traces de métal laissées par le joint sur les faces des brides, au droit des bourrelets.
Par ailleurs, lors du desserrage, la force s'exerçant sur l'anneau en métal mou pour le comprimer élasti- quement est radiale et dans le plan médian de l'anneau. Cependant, l'équilibre obtenu est instable de sorte que pratiquement le joint démonté n'est pas plan et est dé formé en assiette.
Le défaut de planéité du joint desserré n'est pas un inconvénient lorsque le joint est de faible diamètre. Par contre, il devient gênant quand le diamètre est relative ment important car il rend délicate la manipulation du joint; l'anneau a tendance à s'échapper des rondelles, d'autant plus que celles-ci sont déformées suivant des troncs de cône dont les angles au sommet sont parfois différents. Cet inconvénient est particulièrement impor tant lorsque le joint est utilisé dans une vanne, car l'aug mentation de la distance dont il faut écarter les surfaces de serrage du joint pour permettre une libre circulation de ce joint, complique de manière importante le méca nisme de serrage.
Selon une variante qui permet d'éviter le défaut de planéité au desserrage, le joint comprend, entre les deux rondelles, deux anneaux, en métal ou alliage mou, qui sont disposés l'un au-dessus de l'autre, et des moyens pour maintenir ces deux anneaux écartés l'un de l'autre.
Les moyens d'espacement peuvent être solidaires de l'une des rondelles. Ils peuvent également être constitués par un troisième anneau ; celui-ci peut être en une matière quelconque, éventuellement dans le même métal ou alliage que celui constituant les anneaux mous.
Selon une autre variante qui permet également d'évi ter la déformation en assiettte du joint, les rondelles ont une hauteur supérieure à celle de l'anneau, ce qui dé termine une rainure annulaire au droit de cet anneau, et l'une des deux brides, entre lesquelles le joint est des tiné à être placé, comporte une saillie annulaire suscep tible de s'engager avec un jeu réduit dans cette rainure.
Dans ces conditions, l'anneau mou gonfle lors du desserrage, mais la dissymétrie du joint fait que les bords de la rainure viennent serrer la saillie de la bride, ce qui limite considérablement la déformation en assiette du joint.
Dans un mode de réalisation particulier de l'inven tion, une échancrure est ménagée sur la face de chaque rondelle faisant saillie par rapport à l'anneau, à son bord adjacent à ce dernier, de sorte que la rainure a une lar geur supérieure à celle de l'anneau.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication du joint défini ci-dessus.
Ce procédé consiste à placer entre deux rondelles concentriques un anneau en un métal ou alliage mou, dont l'épaisseur est supérieure à celle des rondelles, l'écart laissé libre initialement entre les deux rondelles étant inférieur à la largeur de l'anneau après écrasement, et à serrer l'ensemble entre deux parois planes. On peut utiliser un anneau fermé.
L'anneau peut également être ouvert ou bien formé de plusieurs tron çons juxtaposés; dans ce dernier cas, lorsqu'on serre Panneau entre les deux parois planes, il est déformé longitudinalement de sorte que ses extrémités, ou les extrémités de deux tronçons adjacents, sont appliquées l'une contre l'autre sous une pression élevée et se sou dent l'une à l'autre sous l'effet de cette pression.
On a décrit ci-après, à titre d'exemples non limita tifs, divers modes de réalisation du joint selon la présente invention, avec référence au dessin annexé dans lequel la fig. 1 représente le joint en coupe transversale, dans un premier mode de réalisation, la fig. 2 est une vue en plan d'une partie de ce joint ; la fig. 3 représente le joint de la fig. 1, lors de son ser rage entre deux brides<B>;</B> la fig. 4 montre comment on peut réaliser le joint de la fig. 1 ;
la fig. 5 est une vue semblable à la fig. 1 d'une va riante ; la fig. 6 est une vue en coupe transversale d'un autre mode de réalisation du joint, avant serrage ; la fig. 7 est une vue semblable à la fig. 6, le joint étant en cours de serrage ; la fig. 8 est une vue semblable à la fig. 6, le joint étant serré ; la fig. 9 montre comment on peut réaliser le joint de la fig. 6 ;
la fig. 10 est une vue semblable à la fig. 1 d'un autre mode de réalisation; la fig. 11 est une vue en coupe transversale d'un autre mode de réalisation du joint, celui-ci étant repré senté serré ; la fig. 12 est une vue semblable à la fig. 11, après desserrage ; la fig. 13 est une vue en coupe transversale d'un autre mode de réalisation du joint.
Tel qu'il est représenté aux fig. 1 à 4, le joint est formé d'un anneau 1, en métal ou alliage mou, par exem ple en aluminium, qui est comprimé transversalement entre deux rondelles concentriques 2 et 3 en un métal ou alliage élastique. L'anneau 1 a une section en forme de lentille épaisse et son épaisseur, dans sa partie média ne, est supérieure à celle des rondelles 2 et 3, alors que, sur ses bords, son épaisseur est sensiblement égale à celle des rondelles.
Lorsqu'on serre le joint entre deux brides 4a et 4b (fig. 3), l'épaisseur de l'anneau 1 se réduit à celle des rondelles 2 et 3 et sa section devient rectangulaire ; sa largeur initiale <B>dl</B> devient égale à d2.
Si on desserre alors les brides 4a et 4b, le joint gonfle et reprend la forme et les dimensions de la fig. 1 ; ce processus de serrage et de desserrage peut être reproduit indéfiniment.
On voit ainsi que les rondelles 2 et 3 confèrent à l'anneau 1 une élasticité ( < induite permettant son uti lisation comme s'il était réalisé non en un métal mou mais en une matière élastomère. Cependant, le joint peut supporter des températures jusqu'à 5000, par exemple pour son dégazage, ce qui ne serait pas le cas si l'anneau 1 était en une matière élastomère.
Lors d'un chauffage à une température de cet ordre, il n'y a pas de risque de fuite, car, si la distance entre les deux brides 4a et 4b augmente par suite d'une dilatation prématurée des bou lons de serrage, l'élasticité des rondelles 2 et 3 entraine immédiatement un gonflement de l'anneau 1, ce qui maintient l'étanchéité.- Pour réaliser le joint qui vient d'être décrit, on peut, par exemple, prendre un fil annulaire dont les extrémités sont simplement jointives et peuvent être, soit biseautées, soit coupées perpendiculairement à la longueur du fil.
On place cet anneau entre deux rondelles 2 et 3 séparées l'une de l'autre d'une distance d3 supérieure au diamètre du fil mais inférieure à la largeur de ce fil après écrase ment, c'est-à-dire à d. (fig. 4). Puis on serre l'ensemble entre deux parois planes 5a et 5b. La section du fil, qui pouvait être quelconque, devient rectangulaire. D'autre part, les rondelles 2 et 3 sont repoussées par la déforma tion plastique de l'anneau, si bien que la distance qui les sépare augmente et devient d2.
Le métal mou enfermé entre les deux brides et les deux rondelles élastiques se comporte, compte tenu de sa faible limite élastique, comme un liquide très visqueux, c'est-à-dire qu'il transmet presque intégralement aux deux rondelles la pression exercée sur lui par les brides. Finalement, les pressions se répartissent également sur les parois et l'anneau se trouve en équilibre hydrosta tique lorsque la déformation plastique est achevée.
Si l'on écarte alors des parois 5a et 5b. ce qui sup prime les pressions exercées sur les faces supérieure et inférieure de l'anneau, les pressions exercées latéralement sur cet anneau par les rondelles 2 et 3 subsistent et défor ment l'anneau plastiquement ; les rondelles se rappro chent, l'écart qui les sépare prenant la valeur dl et le joint 10 se gonfle pour prendre l'aspect de la fig. 1.
Dans la variante de la fig. 5, l'anneau 1 qui est, par exemple, en aluminium, a été revêtu, après fabrication du joint, d'une couche protectrice 6, par exemple en or ou en nickel; cette couche peut être formée, par exem ple, chimiquement ou électrolytiquement.
A la fig. 6, on retrouve l'anneau 1, en métal ou alliage mou, qui est comprimé transversalement entre deux ron delles concentriques 2 et 3 en un métal ou alliage élas tique. L'anneau 1 a une forme lenticulaire et son épais seur, dans sa partie médiane, est supérieure à celle des rondelles 2 et 3.
Mais la rondelle extérieure 2 comporte une lèvre min ce en saillie 2a, sur chacune de ses faces de serrage, à son bord intérieur. De même, la rondelle intérieure 3 comporte une lèvre en saillie 3a sur chacune de ses faces de serrage, à son bord extérieur. Les lèvres 2a et 3a sont dirigées vers l'anneau 1, c'est-à-dire que les lèvres 2a de la rondelle extérieure sont tournées vers l'intérieur du joint alors que les lèvres 3a de la rondelle intérieure sont tournées vers l'extérieur.
Lorsque le joint est comprimé entre deux brides 4a et 4b, le métal de l'anneau 1 remplit progressivement l'espace annulaire disponible entre les lèvres et l'anneau, mais ces lèvres viennent au contact des brides avant que cet espace soit plein (fig. 7). La compression se poursui vant, les lèvres constituent des barrières qui empêchent le métal de l'anneau de fluer dans l'espace 7 existant encore entre les rondelles 2 et 3 et les brides 4a et 4b. En fin de compression, les lèvres 2a et 3a sont appliquées sur l'anneau dont la largeur dl est devenue égale à d:,, (fi . 8).
Au démontage, les pressions exercées par les brides 4a et 4b étant supprimées, l'anneau 1 gonfle sous l'effet des pressions latérales exercées par les rondelles 2 et 3 et reprend sa forme lenticulaire. Les lèvres 2a et 3a se relèvent et le joint a de nouveau sa forme et ses dimen sions initiales (fig. 6).
Le joint qui vient d'être décrit peut être réalisé comme indiqué précédemment. Un fil torique en métal mou est disposé entre deux rondelles munies de lèvres, puis est serré entre deux parois planes 5a et 5b (fig. 9). Le tore s'écrase et vient au contact des rondelles 2 et 3, ce qui les centre. Puis il remplit progressivement l'es pace annulaire encore disponible entre lui et les lèvres, en repoussant radialement les rondelles, jusqu'à ce que cet espace soit complètement plein (fig. 8).
Les lèvres 2a et 3a peuvent être formées par n'im porte quel procédé d'usinage, d'érosion, de matriçage ou de formage. Cependant, il est avantageux d'opérer par un procédé qui écrouisse au maximum le métal de façon que les lèvres formées aient une limite élastique très élevée ; le repoussage et le matriçage conviennent très bien dans ce but. C'est ainsi, par exemple, que ces procédés permettent d'obtenir, sur une rondelle en acier bleui ou inoxydable de limite élastique 70 k,/mm-, des lèvres ayant une limite élastique de<B>110</B> à 130 kg/mm2, avec un allongement encore important. Les lèvres sont donc bien élastiques sans être fragiles, si bien qu'elles se redressent facilement lorsqu'elles ont été aplaties par la pression des brides au cours d'un serrage.
Dans le mode de réalisation de la fig. 10, deux an neaux identiques la et lb, en métal ou alliage mou, sont disposés entre les deux rondelles 2 et 3, en étant séparés l'un de l'autre par un anneau 8. Cet anneau peut, par exemple, avoir une largeur égale à celle de l'espace libre di entre ces rondelles avant montage.
L'équilibre des forces dans le joint desserré est plus stable que dans les modes de réalisation décrits précé demment car l'épaisseur des rondelles 2 et 3 peut être plus grande ; en outre, l'anneau l a tend à faire flamber les rondelles dans un sens et l'anneau lb dans le sens opposé.
A la fig. 11, les rondelles 2 et 3 ont une hauteur supérieure à celle de l'anneau 1. L'une de leurs faces planes est de niveau avec l'une des faces planes de l'anneau ; leur autre face est, par contre, en saillie par rapport à la face opposée de l'anneau.
Une échancrure rectangulaire est ménagée sur la face de chacune des rondelles 2 et 3 en saillie par rapport à l'anneau 1, à son bord adjacent à ce dernier. Une rainure 9 de largeur supérieure à celle de l'anneau 1 est ainsi formée au droit de cet anneau.
La bride 4a a une face plane. Par contre, la bride 4b présente une saillie annulaire 10, de section rectan gulaire qui, lorsque le joint est serré, se loge, avec un léger jeu, dans la rainure 9.
Lorsqu'on écarte les brides (fig. 12), l'anneau 1 gonfle sous l'effort de compression des rondelles 2 et 3 ; mais. étant donné la dissymétrie des rondelles, cet effort engen dre un couple qui tend à appliquer les bords de la rainure 9 sur la saillie 10, à la manière d'une tenaille. Le pinçage de cette saillie empêche pratiquement le joint de se déformer en assiette, sa variation de hauteur n'étant au plus que de quelques dixièmes de milli mètre.
Ce joint s'obtient comme ceux décrits précédemment ; il suffit de serrer un anneau de section circulaire entre deux parois planes dont l'une comporte un bourrelet annulaire de largeur un peu inférieure à celle de la sail lie 10.
A la fig. 13, on voit un joint dans lequel le métal de l'anneau 1 a flué dans l'espace existant, au début du serrage, entre les rondelles élastiques 2 et 3 et les brides 4a et 4b, en formant des bourrelets annulaires lla et Ilb. En portant l'assemblage à environ 450 , pendant 15 à 20 minutes, dans le cas où l'anneau est en aluminium, on constate que les bourrelets lla et llb se soudent respectivement aux brides 4a et 4b, alors qu'au cune soudure n'intervient entre le restant de l'anneau 1 et les brides.
Lorsque l'anneau 1 est en un métal autre que l'alu minium, la soudure est réalisée si on porte l'assemblage à une température de l'ordre de 200o pour le plomb, et l'étain, de 6000 pour le cuivre, l'or et l'argent.