[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] En se reportant aux figures 2 à 5, on va maintenant décrire le procédé d'assemblage
d'un tel corps de chauffe.
[0016] 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.
[0017] 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).
[0018] 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..
[0019] 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.
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.