EP0076724A1 - Procédé de fabrication d'un corps de chauffe à nappe cylindrique de tubes d'eau - Google Patents

Procédé de fabrication d'un corps de chauffe à nappe cylindrique de tubes d'eau Download PDF

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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a heating body of the sheet type of water tubes arranged around a cylindrical combustion chamber for domestic gas boilers, for example condensing.
  • the heating body consists of a sheet of longitudinal water tubes arranged all around a central burner whose combustion gases are emitted radially and pass through this sheet of tubes, the best conditions for exchange between water and gas is obviously sought by the shape and positioning of the tubes.
  • These longitudinal water tubes of elongated section are generally brazed between two annular collectors to form a cylindrical combustion chamber around the burner.
  • this kind of heating body requires a rather particular technology of materials, assembly and brazing of the tubes on the annular collectors and this because of the large number of tubes and their proximity necessary for a good coefficient of exchange. .
  • the present invention therefore relates to a manufacturing process which avoids the abovementioned disadvantages by ensuring, after brazing, strict sealing elements and mechanical holding an excellent thereof while reducing the cost of implementation of the process.
  • FIG. 1 a heat exchanger body consisting of two annular collectors 1 and 2 arranged coaxially and joined by longitudinal tubes 3 of stainless steel brazed on the collectors and uniformly distributed between them along the generatrix of a cylinder so as to form a cylindrical interior chamber 4 for the introduction of a tubular burner, not shown.
  • These tubes 3 in which the fluid to be heated circulates have an elongated section so that the lateral faces of each tube are parallel to the lateral faces of the neighboring tubes in order to provide between them a gap 5 of small thickness intended for the passage of combustion products .
  • a boss 7 (FIG. 2) is produced by a big horn stamping process on the two external parts and at each end 6 of said tubes. These ends are folded inwards to give them a conical profile (Figures 2 and 3) which facilitates their introduction into orifices 8 provided on each manifold.
  • annular (1-2), these orifices 8 have a profile identical to that of the tubes 3 so that the manifolds 1 and 2 are supported on the bosses 7 of the tubes 3 ( Figure 4).
  • the projecting ends 6 of the tubes 3 (figures: 4 and 5) are spread outwards to form a crimp on the annular collectors, the interior of the tubes being simultaneously calibrated in order to minimize the clearances.
  • each annular collector 1 and 2 is automatically deposited in each annular collector 1 and 2, around the ends 6 of the tubes 3, circular beads 9 ( Figure 1) of solder generally in powder or paste.
  • This solder must have a very high percentage of nickel and chromium with the addition of various fluxes.
  • the actual brazing is carried out in an oven, preferably under vacuum, in order not to risk embrittling the metal in the presence of an atmosphere rich in hydrogen and nitrogen.
  • brazing temperature less than or equal to 1000 ° C for about 15 minutes to avoid any grain size. This choice is also a function of the specific qualities of this solder, its resilience and its flowability. Too little resilient brazing would be fragile and flowing brazing would require too little play and would risk going up between the tubes. In addition, if it flows too little, it risks giving leaky seals.
  • the ferritic steel of the tubes which has the advantage of allowing the tubes to be welded at high speed by radio frequency must, for corrosion reasons, be stabilized with nobium, the stabilization with titanium being incompatible with vacuum brazing.

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Abstract

Le procédé consiste à disposer les tubes d'eau (3) entre les deux collecteurs annulaires (1-2) en les introduisant dans des orifices (8) correspondants, puis à sertir les extrémités des tubes sur les collecteurs annulaires et enfin à disposer l'ensemble compact dans un four de brasage dans des conditions adaptées pour réaliser le brasage.
Application aux chaudières domestiques à gaz du type à condensation.

Description

  • L'invention concerne un procédé de fabrication d'un corps de chauffe du type à nappe de tubes d'eau disposés autour d'une chambre de combustion cylindrique pour chaudières domestiques à gaz par exemple à condensation.
  • Dans une forme connue de réalisation, le corps de chauffe est constitué d'une nappe de tubes d'eau longitudinaux disposés tout autour d'un brûleur central dont les gaz de combustion sont émis radialement et traversent cette nappe de tubes, les meilleures conditions d'échange entre l'eau et le gaz étant évidemment recherchées par la forme et le positionnement des tubes. Ces tubes d'eau longitudinaux à section allongée sont généralement brasés entre deux collecteurs annulaires pour former une chambre de combustion cylindrique autour du brûleur.
  • La conception de ce genre de corps de chauffe exige une technologie assez particulière de matériaux,d'assemblage et de brasage des tubes sur les collecteurs annulaires et ceci en raison du grand nombre de tubes et de leur proximité nécessaire à un bon coefficient d'échange.
  • L'utilisation du cuivre, matériau ayant un bon coefficient de conductibilité et se brasant facilement, présente des inconvénients. En effet, la résistance à la déformation plus particulièrement lorsqu'il s'agit de tubes à faces aplaties,nécessairement recuits pendant l'opération de brasage, est insuffisante pour résister à la pression d'eau normalement utilisée dans une chaudière de chauffage central. Mais de plus et surtout en présence de l'eau de condensation dans les fumées, la corrosion des tubes est extrêmement rapide, certain gaz pouvant même contenir du souffre susceptible de produire de l'acide sulfurique. On peut évidemment protéger le cuivre par un revêtement à base de plomb, mais cela est difficilement applicable du fait de la proximité des tubes, le plomb risquant de remplir les intervalles entre ces tubes. Il est de plus connu que cette protection est limitée dans le temps.
  • Pour remédier à ces inconvénients, on connait l'emploi de l'acier inoxydable en faible épaisseur qui donne un bon coefficient de transfert calorifique et une résistance suffisante au gonflage sous pression d'eau.
  • Mais l'utilisation d'un tel acier pour ce genre de corps de chauffe à nappe cylindrique de tubes d'eau entraine une technique d'assemblage et de brasage particulière.
  • En effet, on connait l'utilisation de brasure à base de cuivre, mais comme il est indiqué plus haut le cuivre s'oxyde rapidement surtour dans les condensats.
  • On connait aussi les brasures tendres à base d'étain et de plomb, mais ces brasures en plus d'une résistance mécanique limitée risquent en cas de surchauffe accidentelle du corps de chauffe d'amener sa destruction du fait de leur faible température de fusion.
  • Une brasure à base d'argent est éventuellement possible mais d'un coût prohibitif. Il en est de même d'une soudure électrique TIG ou MIG sous gaz protecteur qui oblige à suivre par des torches la totalité du contour des assemblages à effectuer ce qui rend l'opération très longue et très coûteuse.
  • La présente invention a donc pour objet un procédé de fabrication qui évite les inconvénients précités en garantissant, après brasage, une étanchéité rigoureuse des éléments ainsi' qu'une excellente tenue mécanique de ceux-ci tout en réduisant le coût de la mise en oeuvre du procédé.
  • Le procédé conforme à l'invention consiste :
    • - à mettre les tubes longitudinaux à la longueur désirée,
    • - à ébavurer les extrémités des tubes,
    • - à former un bossage sur la partie externe et éventuellement interne , à chaque extrémité des tubes, pour former des appuis aux collecteurs annulaires,
    • - à rabattre vers l'intérieur les extrémités des tubes pour leur donner un profil conique et faciliter ainsi leur introduction dans les collecteurs,
    • - à disposer les tubes entre les deux collecteurs annulaires en les introduisant dans des orifices correspondants,
    • - à évaser les extrémités débordantes des tubes pour former un sertissage sur les collecteurs annulaires,
    • - à calibrer simultanément l'intérieur des tubes pour obtenir entre les tubes et les collecteurs un jeu minimum inférieur à 0,1 mm compatible avec la brasure,
    • - à déposer dans chaque collecteur annulaire tangentiellement aux extrémités des tubes des cordons circulaires de brasure,
    • - et à disposer l'ensemble compact dans un four de brasage dans des conditions adaptées pour réaliser le brasage des tubes dans les collecteurs.
  • D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'une forme de réalisation en référence aux dessins annexés qui représentent :
    • - figure 1 : une vue en perspective éclatée du corps de chauffe.
    • - figures 2 à 5 : des vues schématiques en coupe montrant les étapes du procédé d'assemblage des tubes sur les collecteurs annulaires.
  • On a représenté sur la figure 1 un corps de chauffe-échangeur constitué par deux collecteurs annulaires 1 et 2 disposés coaxialement et réunis par des tubes 3 longitudinaux en acier inoxydable brasés sur les collecteurs et uniformément répartis entre ceux-ci suivant la génératrice d'un cylindre de façon à former une chambre intérieure cylindrique 4 pour l'introduction d'un brûleur tubulaire non représenté.
  • Ces tubes 3 dans lesquels circule le fluide à réchauffer ont une section allongée de telle manière que les faces latérales de chaque tube soient parallèles aux faces latérales des tubes voisins afin de ménager entre elles un intervalle 5 de faible épaisseur destiné au passage des produits de combustion.
  • En se reportant aux figures 2 à 5, on va maintenant décrire le procédé d'assemblage d'un tel corps de chauffe.
  • Après avoir mis les tubes 3 à la longueur voulue et ébavuré les extrémités, un bossage 7 (figure 2) est réalisé par un procédé d'estampage en bigorne sur les deux parties externes et à chaque extrémité 6 desdits tubes. Ces extrémités sont rabattues vers l'intérieur pour leur donner un profil conique (figures2 et 3) ce qui facilite leur introduction dans des orifices 8 prévus sur chaque collecteur annulaire (1-2), ces orifices 8 ont un profil identique à celui des tubes 3 de telle manière que les collecteurs 1 et 2 soient en appui sur les bossages 7 des tubes 3 (figure 4). Ensuite, les extrémités débordantes 6 des tubes 3 (figures : 4 et 5) sont épanouies vers l'extérieur pour former un sertissage sur les collecteurs annulaires, l'intérieur des tubes étant simultanément calibré afin de réduire au minimum les jeux.
  • Ce calibrage doit limiter au maximum les jeux entre les tubes et les orifices découpés dans les collecteurs annulaires pour permettre d'assurer un brasage correct. De plus, l'ensemble de ces opérations contribue à donner au corps de chauffe une rigidité suffisante pour le brasage, sans montages complémentaires qui pourraient obliger à des protections par produit ou formes spéciales afin d'empêcher la brasure de couler avec le risque que cela comporte de braser ensemble pièces à braser et montages de maintien et augmenteraient le coût de l'opération de brasage (masse plus grande à chauffer -encombrement supérieur des pièces).
  • Une fois que cet assemblage est réalisé, on dépose automatiquement dans chaque collecteur annulaire 1 et 2, autour des extrémités 6 des tubes 3, des cordons circulaires 9 (figure 1) de brasure généralement en poudre ou en pâte. Cette brasure doit être à très fort pourcentage de nickel et de chrome additionné de fondants divers. Le brasage proprement dit s'effectue dans un four de préférence sous vide pour ne pas risquer en présence d'une atmosphère riche en hydrogène et azote de fragiliser le métal..
  • Le choix exact de la brasure et de la température correspondante est fonction de l'acier inoxydable utilisé, un acier ferritique plus économique et insensible aux corrosions sous contrainte demandera une température de brasage inférieure ou égale à 1000 °C pendant environ 15 minutes pour éviter tout grossissemet du grain. Ce choix est aussi fonction des qualités propres de cette brasure, de sa résilience et de sa coulabilité. Une brasure trop peu résiliente serait fragile et une brasure coulante exigerait des jeux trop réduits et risquerait de remonter entre les tubes. De plus si elle coule trop peu, elle risque de donner des joints non étanches. L'acier ferritique des tubes qui a l'avantage de permettre la soudure des tubes en grande vitesse par radio-fréquence doit, pour des questions de corrosion, être stabilisée au nobium, la stabilisation au titane étant incompatible avec le brasage sous vide.

Claims (5)

1°/ Procédé de fabrication d'un corps de chauffe pour chaudières domestiques à gaz comprenant une nappe de tubes longitudinaux à section allongée en acier inoxydable disposés suivant la génératrice d'un cylindre entre un collecteur annulaire inférieur et un collecteur annulaire supérieur pour former une chambre de combustion intérieure cylindrique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste :
- à mettre les tubes (3) à la longueur désirée,
- à ébavurer les extrémités (6) des tubes ( 3)
- à former un bossage (7) sur la partie externe et éventuellement à chaque extrémité des tubes,
- à rabattre vers l'intérieur les extrémités (6) des tubes (3) pour leur donner un profil conique,
- à disposer les tubes (3) entre les deux collecteurs annulaires (1-2) en les introduisant dans des orifices (8) correspondants,
- à évaser vers l'extérieur les extrémités débordantes (6) des tubes (3) pour former un sertissage sur les collecteurs annulaires (1, 2),
- à calibrer simultanément l'intérieur des tubes (3),
- à déposer dans chaque collecteur annulaire tangentiellement aux extrémités des tubes des cordons circulaires (9) de brasure,
- et à disposer sans outillage spéciaux, l'ensemble compact dans un four de brasage dans des conditions adaptées pour réaliser le brasage des tubes (3) dans les collecteurs (1,2).
2°/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bossages (7) sont formés par une opération d'estampage en bigorne et réalisent ainsi des butées pour les collecteurs (1,2).
3°/ Procédé selon la revendication Icaractérisé en ce que l'acier inoxydable utilisé pour les tubes (3) est en acier ferritique stabilisé au nobium.
4°/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la brasure est à très fort pourcentage de nickel et de chrome additionné de fondants.
5°/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le brasage s'effectue dans un four sous vide à une température inférieure ou égale à 1000°C pendant environ 15 minutes.
EP19820401723 1981-09-25 1982-09-23 Procédé de fabrication d'un corps de chauffe à nappe cylindrique de tubes d'eau Expired EP0076724B1 (fr)

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