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Fabrication de tuyaux soudés exempts de pailles.
La présente invention est relative à la fabrication de tuyaux et tubes d'acier soudés et a pour objet de produire du tube soudé qui est exemp ou à l'ou pros compe de paillée et, ou bien, d'oxyde sur la surface intérieure ou sûr la surfa- ce extérieru voirt même sur les deux, et ce aveo très peu de dépende ou de difficultés supplémentaires
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Les pailles ont été enlevées jusqu'à présent par des opérations distinctes, après que le tube était fabriqua le nettoyage des surfaces étant nécessaire toutes les foie qu'elles doivent être finies par émaillage galvanisation, ou de toute autre manière,
ce qui est particulièrement important en ce qui concerne l'intérieur du tube dans le cas où celui ci est utilisé pour la circulation de fluides ou liquides. Les procédés dont
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,,' agit oO!!lprtJnf1io-nt 10 polivnago mu tonnoa-u pour la. nui-fttori ox- térieure, le décapage ou décrochage pour les surfaces extérieu- res et intérieures et le ointrage pour détaoher les pailles sur la surface interne.
Il ne sagit pas là seulement d'opérations supplémentaires, mais d'opérations qui ne sont que d'une effi- oaoité partielle, tout au moins en ce qui concerne la surface interne,
Conformément à l'invention, les pailles et l'oxyde sont enlevés des surfaces en même temps que le tube soudé est fabri- qu'ou pendant qu'il s'éloigne dans le sens longitudinal de la zône de soudage .!
L'invention a trait, plus particulièrement, aux procédés de soudage dans lesquels les ébauches ou flans de tubes sont fortement chauffés dans un four, préalablement au soudage, les pailles et l'oxyde pouvant se trouver sur les flans avant l'introduction de ceux-ci dans le four, ou bien pouvant résulter d'une atmosphère oxydante régnant dans le four,
ou encore être provoqués par l'oxydation à l'air lorsque les flans fortement chauffés sont retirée du four. La ohaleur communiquée au métal dans le four peut constituer un facteur essentiel pour le souda- ge, ou peut servir à aider ou accélérer le soudage ou à permettre de-réaliser une éoonomie dans cette opération.
Pour enlever les paillée, 1'nvention utilise cette chaleur en vue d'une réao- tion désoxydante qui nettoie la surface ou les surfaces du tube, cette réaction étant obtenue au moyen 'un gaz ou d'un mélange de gaz réducteurs fournis en quantité suffisante et convenable-
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ment oonfinés ou amenés au contact de la surface interne ou de la surface externe du tube chaud, ou des deux, pendant un laps de temps suffisant pour obtenir ce résulatat Dans le but d'em- pêcher la formation de pailles et d'oxyda ou pour empêcher la réoxydation, l'invention consiste à tenir le tube soudé en oon- taot aveo le gaz réduoteur pendant un temps suffisamment long pour permettre au métal de se refroidir au-dessous du point au- quel l'oxydation,
ou l'oxydation préjudiciable, se produit pat suite de l'action de l'oxygène de l'air.
Les tuyaux et tubes soudés à parois épaisses sont oom- munément fabriquée en chauffant le flan ou maquette dans un four jusqu'en un point,, ou un peu au-dessus d'un point, qui permet aux bords d'être réunis par pression. Dans le procédé au bano d'étirage, le flan chauffé à plat, ou à l'état cintrée est tiré à travers une matrice, ce qui pour effet de former le tube et d'en rapprooher les bords. Il est connu également de former et (ou) de souder le tube entre des rouleaux oommandés et, dans ou cas, le flan peut être d'une longueur indéfinie t peut être retiré d'une bobine plaoée dans le four ou en arrière de celui-ci.
Du tube peut également être fabriquéd'après des longueurs préalablement formées non fermées, ohauffées dans un four et paasant ensuite à travers des rouleaux dont la pression a pour effet de rapprooher les bords. Dans ces procédés,le mé- tal, au lieu d'être chauffé dans le four à un degré suffisant pour amener les bords à l'état de soudage voulu par pression, peut être chauffé à un degré inférieur et de l'air ou de l'oxy- gène peut être insufflé sur les bords immédiatement avant que ceux-ci soient rapprochés pour les amener à l'état de soudage en oonsu-mant un peu de la matière.
Le tuyau fabriqué de l'une quelconque de ces manières est oxydé, ce qui est défectueux, et les pailles qui existent sur la face interne ne peuvent être enlevée d'une façon obmpléte ou satisfaisante par les procédés ordinaires de nettoyage.
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Pour remédier à cet inconvénient; on propose, ioi, de faire passer un gaz réducteur, tel que du gaz d'éclaireage des villes, de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone, ou autres gaz riches, oomme agent réducteur, à travers l'intérieur du tuyau, soit dans le sens dans lequel il se meut, soit en sens inverse,
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Voire hioiaô dMin lom rlo'Ut ncmat 011 engore dann les deux sena alternativement. Ce résultat peut être obtenu en dirigeant un courant du gaz dans le tube chaud en un point où il n'est pas encore fermé et en obligeant oe gaz à s'écouler à travers le tube mobile sur une distance suffisamment longue au-delà du poste où s'opère la soudure, de manière que le tube ait le temps de se refroidir pendant qu'il est protégé par le gaz.
Si le tu- be se présente en trongons suffisamment longs,, ou si les lon- gueurs successives sont suffisamment rapprochées les unes des autres, bout-à-bout, ou sont agrafées ou fixées, l'une à l'autre de façon à constituer un conduit où il n'existe pas trop de fuites entre les bouts et si la provision de gaz réducteur est suffisamment abondante, la surface intérieure sera désoxydée et préservée contre la réôxydation sur toute la longueur des di-
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vers tubes, sans laisser da Pttrtlti pct6r.auxa, ou uno srtmdo partie de la longueur à l'extrémité postérieure, qui soit ou bien insuffisamment désoxydée, ou bien sujette à réoxydation après avoir dépassé le point où le gaz est introduit.
De même, si le tube est formé et soudé en partant d'une bande de longueur indéfinie, dont l'extrémité postérieure peut être soudée à l'extrémité antérieure d'une autre bande, et ainsi de suite sur toute la longueur, et si lé tube soudé n'est pas débité en morceaux jusqu'à ce qu'il ait avancé d'une quantité suffisante au-delà du poste de soudage pour permettre au métal de se re- froidir à un degré inférieur à la température d'oxydation, il suffit, en ce qui concerne la surface intérieure,, d'introduire le gaz réducteur à l'arrière pour lui permettre d'avancer à travers le tube., attendu que c'est seulenent la partie finale.
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du tube qui peut ne pas être oomplétement désoxydée à l'inté- rieur.
La désoxydation de l'intérieur iu tube et la suppression de la réoxydation dans ce dernier peuvent également être obte- nues en obligeant le tube, après qu'il a été soudé,à avancer à travers une longue ohambre ou chemise à laquelle-du gaz réduo- teur est oonstamment fourni, le gaz provenant de cette chambre étant tout d'abord obligé dé pénétrer dans l'extrémité antérieu- re de chaque longueur de tube pour n'écouler vers l'arriére et pénétrer ensuite dans l'extrémité postérieure de chaque lon- gueur soudée et s'écouler à travers cette dernière dans la di- reotion en avant. De même, en utilisant une chambre de ce genre, les choses peuvent être disposées de façon telle qu'il y ait peu de passage de gaz d'avant en arrière à travers l'extrémité an- térieure de chaque tube,
mais un large éooulement à travers les extrémités postérieures vers l'avant.
On peut employer une combinaison de l'admission du gaz à l'intérieur du tube en un point situé en arrière du poste de soudage et de l'admission à travers les extrémités antérieures et (ou) les extrémités postérieures au-delà du poste de soudage.
Le gaz réducteur,à l'intérieur d'une longue ohambre ou chemise de ce genre entourant le tube qui chemine, servira 'à désoxyder la surface externe du tubeo Dans ce but la partie incluse doit être d'une longueur considérable et doit être tenue convenablement alimentée en gaz neuf de manière que la partie externe du tube ne dépasse pas l'atmosphère réductrice avant qu'un refroidissement suffisant n'ait eu lieu, Le gaz lui-même sert, dans une certaine mesure, de milieu réfrigérante
Conformément à une autre forme de réalisation de 1'in vention, applicable plus spécialement à la fabrication de tubes soudés bout à bout, les bords du joint sont soudée par., ou à l'aide de la flammeoxy-aoétylénique,
ou autre flamme de gaz oxy-oombustible à haute température e la bande constituant
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la maquette, ou bien les flans tubulaires, ayant subi une for- mation préalable'. sont tout d'abord chauffés au moyen d'un four afin d'augmenter la vitesse linéaire du soudage, de dimi- nuer les pertes dues à la conduction de la chaleur fournie au métal par lesjets de flamme, de réduire la consommation des gaz alimentant ces jets et (ou) de perfectionner les soudures
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obtenues* La. fl,mmo à haute tonip6rexturo qui frappp loo bords, ou le métal, légèrement en arrière des borde de chaque côté du joint, est employée de préférence pour fondre ces régions de manière qu'elles se rejoignent en un point obtenu par soudure autogène.
Toutefois, bien que cela soit moins désirable, cette ohaleur pourrait être appliquée aux bords, à l'endroit où ceux- ci sont enoore sparés pour les ramollir ou les amener à ne se fondre par fusion qu'à la surface, après quoi les bords peuvent être rapprochés et soudés. par pression.
Dans les opérations de soudage des tubes employant la flamme oxy-acétylénique ou autre flamme analogue, et une ohaleur préalable fournie par un four approprié, la désoxydation et la proteotion de la surface ou des surfaces du tube peuvent être obtenues par les moyens qui ont déjà été indiqués. Toutefois, dans ce cas, il n'est pas indispensable de fournir un gaz réduo- teur spécial à l'intérieur du tube chaud, attendu que la flamme oxy-aoétylénique possède une enveloppe qui se compose d'hydro- gène et dioxyde de carbone; gaz qui, à l'ordinaire, brûlent dans l'oxygène de l'air.
Ces gaz enveloppants, et, en partiou- lier, l'hydrogène.,* peuvent être utilisés pour désoxyder la sur- face'interne du tube en obligeant une quantité suffisante de ces gaz à pénétrer à l'état non consumé à travers le joint ouvert.
A oet effet, on devra employer un nombre important de minces jets de flamme suffisamment rapprochés les uns des autres pour protéger oontre l'oxygène atmosphérique une partie considérable des gaz enveloppante. A cet égard, la faiblie dimension des jets
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eut aonstïtuer faoteur ortant oâr 1 d ets entrainent peut constituer un facteur important oà al 9 jeta entrainent
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moins d'air que de grands jets.
Les jets sont, de préférence, groupés sur deux rangs transversalement espacés, comme c'est décrit dans la patente anglaise Peroival, No 162.431, du 12 février 1920 (le brevet belge de la Davis Bournonville Co No 285.241, du 27 février 1920, le brevet français de la même Société, No 510.712, du 25 février 1920 et le brevet allemand de la même Sooiété, No 354.397, du 19 octobre 1920) où suivant des dispositions équivalentes, de façon qu'une proportion con- sidérable des gaz enveloppants ne soit pas à même d'emprunter de l'oxygène à l'air et de façon qu'une quantité abondante de ces gaz non consumés, ou seulement consumés en partie, soit in- sufflée par le joint ouvert dans le tube,à travers lequel ils s'écoulent sur toute la longueur, en cherchant une issue.
En procédant au soudage conformément au susdit brevet, sans chauffage préalable du four, on a remarqué que la ligne intérieure du joint était brillamment ressortie en raison de l'action réductrice des gaz. Toutefois, l'intérieur n'était pas désoxydé en raison du fait que la température du métal diminuait très brusquement à une oourte distanoe de chaque oôté de la ligne médiane de la soudure, En amenant dans le corps du métal placé dans un four un degré relativement élevé de chaleur préalable, il devient possible non seulement d'obtenir des avantages importants en ce qui concerne le soudage, mais aussi de fabriquer des tuyaux et des tubes qui sont exempts de pailles et d'oxyde sur toute l'étendue de la surface intérieure.
Sur les dessins cdi-anexés
Figure 1 est une vue partie en élévation latérale et partie en coupe, avec arrachements à certains intervalles, sur la longueur de la vue, montrant une forme de réalisation de l'invention, dans laqûelle le tube est soudé par ou à l'aide d'un chalumeau oxy-acétylénique:
Figure 2 est un plan, à plus grande échelle d'une par- tie de la figure 1 et englobant la section de soudage:
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Figure 3 est une coupe transversalefaite à travers le tube soudé et une pièce incluse par laquelle on fait passer du gaz réducteur ;
Figure 4 est une vue analogue à la figure 1, montrant une autre forme de réalisation de l'invention et
Figure 5 est une coupe verticale, à plus grande échelle, d'une partie de la figure 4, montrant la manière dont du gaz réducteur peut être introduit à l'intérieur d'un tube qui est soudé par pression.
Il va maintenant être procédé à la description des fi- gures 1 à 3.
Le chiffre 2 désigne un long four que l'on emploie de préférence et qui contient une chambre 3 a section transversale relativement faible, présentant aux extrémités opposées de pe- tites ouvertures 4 et 5 pour le passage du flan! qui se pré- sente, de préférence, sous forme d'un tube à joint ouvert, on environ longueurs ou morceaux de quinze mètres/ ou davantage.
Le four peut être soit du type à moufle, soit du type à chauffage direct La chambre 3 est pourvue de guides 6 de manière que des longueurs de tube non fermé puissent traverser le four en se succédant immédiatement, les flans avançant soit à la main, soit sous 1'a tion d'un mécanisme et ce d'une manière relativement rapide, la vitesse calculée par rapport à la longueur du four, étant telle que chaque partie de la longueur du flan ou ébauché soit ohauffée à la température relativement élevée désirée avant de sortir par l'orifioe 5.
Le four peut être chauffé au gaz ou au pétrole, un brûleur à gaz étant indiqué en 7
L'invention n'est pas nécessairement limitée à l'usage de flans ayant subi une oonformation préalable, car il est de pratique courante d'agir sur une ébauohe plate et de conformer et souder le tuyau ou tube lorsqu'il quitte le four.
Dans le cas particulier qui est représentée les flans ayant subi une oonformation préalable passent successivement du four à une machine à souder au moyen du chalumeau oxy aoéty-
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lénique 8, laquelle est plaoée en avant du four, la dite ma- ohine comportant trois paires de rouleaux 9. 10 et 11 au moyen desquels le tube est entrainé en avant;
la première paire de rouleaux 9 oonstituant des rouleaux guides, dont celui de dessus est pourvu d'une minoe nervuro de guidage 12 qui pénè- tre dans le joint ouvert, la seconde paire de rouleaux 10 oons- tituant des rouleaux de maintien destinés à exeroer une oompres- sion transversale modérée sur le tube à un endroit où il vient d'être fraîchement soudée et la troisième paire de rouleaux 11 constituant des rouleaux oalibreurs.
Immédiatement en arrière des rouleaux 10 o'est-à-dire du oôté tourné vers le four, à partir duquel la matière avance et direotement au-dessus du joint, se trouve ltorifioe 13 d'un' ohalumeau oxy-aoétylénique ou autre chalumeau de soudage équi- valent 14 qui est tenu par un support approprié 15.
Ce chalumeau est, de préférenoe, établi de manière à fournir un groupe o de jets de flammes à haute température, s'étendant sur une certaine distança dans le sens lonitdina du joint et s'épanouissant également dans le sens transversal., de préférence sur deux rangées, de manière que les jets soient dirigés vers le métal à une faible distance des bords du tube, sur les côtés apposés, comme dans le brevet précité.
Le métal des bords et celui des parties adjaoentes du tube sont fondus dans une large mesure sous l'action de la chaleur indirecte ou rayonnante et coulent ensemble de manière à se mélangero Chaque partie fraîchement soudée du tube passe ensuite entre les rouleaux 10 qui oompriment le métal encore plastique, de la soudure d'une quantité suffisante pour l'ame- ner successivement à épouser le contour du tube. Le tube sou- dé b passe ensuite à travers les rouleaux oalibreurs 11.
Toutefois, la manière de faire la soudure et le genre de soudure peuvent varier.,
Dans 1'espace existant entre les rangs de jets de flam
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mes à haute température, l'oxygène de l'air a difficilement accès aux gaz enveloppants ou environnants, riches en hydrogène, et ces gaz sont obligés de passer à travers le joint ouvert 'en un point adjacent au point de soudage et de remplir l'inté- rieur en s'écoulant dans le tube jusqu'à l'extrémité éloignée du tube soudé et de se diriger également en sens inverse vers le four:
l'air étant pratiquement exolu de l'intérieur du tube, la combustion de ce gaz désoxydant demeure très inoomplète et le gaz agit sur la surface interne du tube fortement chauffé pour enlever toutes pailles et oxyde et (ou) empêcher l'oxydation et la formation de pailles qui se produiraient autrement comme résultat de l'attaque, par l'oxygène de l'air, du métal chauffé.
Le tube ou tuyau soudé doit pouvoir progrsser en oon- tact aveo le gaz désoxydant sur une distance suffisamment lon- gue au-delà du point de soudage pour laisser au gaz désoxydant le temps d'agir et pour permettre au tube de se refroidir jusè qu'à une température inférieureà celle à laquelle l'oxydation se produit dans l'air, avant que le tube ne soit ooupé en longueurs plus courtes.
Il est préférable de chauffer le métal dans le four au- dessus du rouge vif. Dans tous les cas, l'invention prévoit le chauffage préalable de l'ensemble du tube ou ébauche dans une mesure suffisante pour développer l'effet désoxydant du gaz réducteur*
Pour désoxyder l'intérieur du tube, il est prévu ioi une longue chemise 16 qui est supportée d'une manière appropriée par des pieds 17 do façon que 1 Cuba aoud6 ooit oblig6 d'y pénétrer immédiatement après qu'il a quitté les rouleaux 11 c'est-à-dire aussi près que possible du point de soudage, et des dispositions sont prises pour qu'un courant de gaz désoxy- dant s'écoulé continuellement à travers cette chemise ou enve- loppe en contact avec toute la surface extérieure du tube.
Cette ohemise est d'une longueur telle que chaque {partie du tube,soudé
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se refroidiss,au-desous du point d'oxydation avant de quit- ter le bout extrême de la chemise. Le gaz employé pour désoxy- der la surface extérieure peut consister en du gaz d'éclairage fourni par un tuyau à vanne 19, relié à la canalisation de la ville, ou bien du gaz de réduction que l'on peut se procurer à un prix modéré à n'importe quelle autre source appropriée.
Le gaz sort du bout extrême de la chemise où il peut être brûlé et il peut également être prélevé en un point in- termédiaire par un tuyau 18.
Les figures 4 et 5 montrent un plan de l'invention, dans lequel les borde du tube sont soudés par pression. Une bande d'ébauohe plate a', de longueur indéfinie, est fournie par unebobine 20 et passe à travers un long four 2a Un por- te-bobine 21 peut servir à tenir deux ou un plus grand nombre de bobines, de sorte que, lorsqu'une des bobines est épuisée, l'extrémité de la bande de l'une ou l'autre bobine peut être" soudée à l'arrière de chaque bande voyageant à travers le four.
En avant du four, se trouve un laminoir de formation, de soudage et de oalibrage 22 qui est représenté schémaituqe ment.
Un tuyau 23, relié à une canalisation de gaz de la vil- le ou à tout autre source d'alimentation de gaz réducteur, est disposé pour diriger un oourant de gaz de ce genre dans le tu- be, juste en arrière de la région où ce tube est formé et sou- dé-et pour obliger ce gaz à remplir et à s'écouler à travers le conduit formé par le tube soudé jusqu'au bout extrême de celui-ci. Pour éviter le refroidissement du métal à l'endroit où il est soudé, le tuyau ou tuyère peut s'étendre à l'in- térieur du tube sur une distance allant au-delà de la place où est effectuée' la soudure. soudé
Le tube entre et passe à travers une longue ohemise 16 alimentée en gaz réducteur par un tuyau 19, comme dans l'autre cas.