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" Perfectionnements apportés aux procédés pour la fabrication de tubes métalliques ".
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L'9invention est relative a. Tina- procède, pour la f abri- cation de pièces. tubulaires ou tubes soudés du genre de. ceux suivant lesquels une bande métallique, de section transvers.ale plate, en forme de tube à couture ouverte ou de toute autre forme curviligne et dont la longueur est indéfinie, e'déplacée d'une manière continue dans un milieu, chauffant qui l'enveloppe et qui est propre à chauffer ladite bande sur toute sa section transversale, et suivant lesquels la température des bords de la bande est amenée au moins jusqu'à la température de soudure, la bande étant, ensuite, déformée jusqu'à constituer un tube fermé. les bords étant soudés ensemble par Inapplication d'une pression.
Par l'expression -d'une manière continue* utilisée ci-dessous, on doit comprendre que la formation du tube peut avoir lieu sans interruption pendant un temps qui, en théorie, est indéfini, mais qui, en pratique, est dépendant de la possi- bilité de faire avancer la bande métallique d'une manière non
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interrompue, de \*éventualité d'un dérangement de l'appareil utilisé et de la necessité de le réparer de temps en temps,
Jusqu'ici on a fabriqué les tubes, d 'après les procé- dés da ce goure, en chauffent la banda jiisqu'à la température de soudure en la faisant avancer au travers d'un long four chauffât ayant une température notablement au-dessus de celle convenant à la soudure,
la matière étant simultanément courbée jusqu'à avoir la forma d'un tube à couture ouverte. Les bords de la couture sont ensuite pressés l'un contre l'autre jusqu'à
Tenir se souder ensemble sans fourniture de toute autre chaleur ou en élevant un peu leur température en dirigeant sur eux un jet d'air.
Ce procédé de fabrication de tubes présente les désa- vantages sérieux suivants! a) Afin d'obtenir un'* soudure satisfaisante, il est né- cessaire de chauffer l'ensemble de la bande de ''.:étal ,jusqu'à. ou au-dessus d la température de soudure et ceci doit se faire même si on fournit une partie de la chaleur aux bords de la ma- tière en dirigeant sur eux des jets d'air.
Il se produit, par conséquent, une oxydation considérable du métal et en résulte un pourcentage élevé de perlée. b) Comme 1'ensemble du tube formé est, pendant l'opération de soudure,'9 la température de soudure, une pression très faible peut seulement être exercée sur le tube pour souder les bords de la pièce entre euxet la soudure achevée ne sera donc pas aus- si bonne que désira-ble.
Egalement en ce qui concerne la tempé rature de soudure, pour laquelle l'appareil est agencée il n'est pas possible d'améliorer la soudure en utilisant une température de soudure élevée, puisqu'il est nécessaire de chauffer l'en- semble du métal à cette tempérafure car, si la température du tube devient très élevée, on peut seulement appliquer une pres- sion très faible sur le tube pour éviter que celui-ci ne se déforme.
c) Par suite de la température élevée à laquelle le
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métal doit être amené, il est seulement possible de fabriquer, par cette méthode, des tubes de dimensions très limitées, par exemple des tubes ayant des diamètres moindres que 5 cm et ces tubes ont alors toujours une épaisseur de paroi excessive pour un grand nombre d'applications.
Si on essaye de faire ces tubes ayant un diamètre plus grand que la limite susindiquée, on a constaté que les parois de ces tubes se déforment pendant la phase de soudure du procédé.. d) Par suite de températurea élevées, utilesées, si on désire changer les dimensions du tube à obtenir, il est néces- saire d'arrêter l'installation pendant quelques heures pour per- mettre aux rouleaux utilisés pour la courbure et la soudure de la matière, de refroidir jusqu'à une température à laquelle ils. peuvent être remplacés sans inconvénient. e) La température du four est telle que, si pour une rai- son quelconquep on désire arrêter la fabrication des tubes, il est nécessaire de permettre.
d'abord, au four de se refroidir car si on permettait au tube de sarrêter quand la four est à sa température très élevée, il serait immédiatement abimé par oxy- 'dation. Par conséquent il est pratiquement impossible d'arrêter. l'appareil pour inspêcter le tube quand il sort de la section de,soudure de l'appareil, de sorte que tout défaut qui peut se présenter ne devient apparent qu'après un temps considérable après que les tubes ont été soudés et, par conséqueent, il se produit une perte considérable de matière avant que le défaut peut être constaté et corrigé. f) Les tubes obtenus ne peuvent pas être étirés, détendus ou réduits d'une manière satisfaisante. g) Les tubes en fer pur ou en acier Siemens-Martin, selon la plupart des constitutions commercialesne peuvent pas être fabriqués selon ce procédé.
h) En outre, par cette méthode, il est difficile de ré- gler la température de soudure qui est dépendante entièrement de la température du four et du degré d'avancement de la bande.
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i) Finalement, par cette méthode et d'autres, on n'est pas parvenu jusqu'ici, de faire une soudure satisfaisante pour des tubes en acier ayant une tension de rupture élevée.
Le but de la présente invention est de réaliser un , procédé perfectionné pour la fabrication de tubes soudés pour lequel les défauts indiqués ci-dessus sont éliminés ou réduits et par lequel on obtient des tubes améliorés.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple, quel-* ques modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, schématiquement, une installation permettant d'obtenir un tube complet et établie selon un mode de réalisation pratique de l'invention.
Les fig. 2 et 3 montrent, à plus grande échelle et en coupe partielle respectivement selon les lignes 2-2 fig. 1 et
3-3 fig. 1, les moyens utilisés pour guider la bande métallique quand elle a la forme d'un tube à couture ouverte, et le dispo- sitif utilisé pour souder entre eux les bords de ladite bande.
La fig. 4 montre, en coupe partielle selon 4-4 fig. 3 cette dernière disposition.
Les fig. 5 et 6 montrent, à plus grande échelle et respectivement en élévation et en vue de côté, des détails d'un appareil de soudure établi.. selon une variante.
En se référant aux figures susindiquées et en supposant qu'on veuille fabriquer un tube soudé en acier, on déroule la matière initiale en forme d'une bande ou lame d'acier de section splatie à froid, d'une bobine 10 et on la fait passer par un ap- pareil de soudure 11 afin que l'extrémité de la bande déroulée d'une bobine puisse être soudée à l'extrémité de la bande dé- bobine
Boulée de la/précédente, de façon à obtenir ainsi une bande mé- tallique de longueur indéfinie. L'appareil de soudure 11 peut être de tout genre, bien simple, utilisé généralement pour la soudure électrique.
Pour le chauffage initial de la bande froide jusqu'à 3 une température suffisante pour permettre sa courbure aisée sous
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forme d'un tube avec couture ouverte, on a. prévu un four de chauffage préliminaire ou réchauffeur 12 de longueur considéra"" ble et de section transversale interne relativement réduite
Pour. des tubes, dont le diamètre se trouve entre un et deux pouces, le réchauffeur peut avoir, avantageusement, une longueur d'environ 15 mètres et une section interne d'environ 20 cm2, mais pour des dimensions plus grandes ou plus faibles des tubes, ces valeurs peuvent être augmentées ou diminuées en conséquence.
La section adoptée pour le réchauffer, peut être circulaire, rectangulaire ou une combinaison de ces deux sec- tions, la section de la partie inférieure du four ayant une forme rectangulaire et celle de la partie supérieure étant voû- tée.
Le réchauffeur est chauffé au gaz ou à l'huile, alors que ces combustibles peuvent être utilisés ensemble au cas où on ne dispose que d'un gaz ayant une faible valeur calorifique*
A cet effet on a prévu des brûleurs 13 qui sont éta blis dans la partie inférieure du four à proximité de la sortie 14 pour la bande, la partie 15 du réchauffeur par laquelle la bande entre, étant chauffée par la circulation des gaz et elle comporte une cheminée 16 disposée de manière que l'écoulement des gaz chauds se fasse dans une direction opposée au mouvement de la bande, la température à obtenir dans le réchauffeur étant d'environ 800 Co
Pour supporter la bande, on a prévu une pluralité de Bouleaux horizontaux 17, montés librement sur leurs supports et écartés les uns des autres,
de préférence en un acier résis- tant à la chaleur et qui peuvent, au besoin, être refroidis bien qu'en général un refroidissement ne soit pas nécessaire.
Pour courber la bande jusqu'à lui donner la forme d'un tube à couture ouverte, on a prévu une pluralité de paires. de galets 18, disposés à proximité de la sortie du réchauffeur 12 et montés de façon à pouvoir tourner autour d'axes verti eaux.
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Chaque paire de galets est actionnée positivement par un moteur électrique ou par d'autres moyens et @ est montée, de préférence, sur un support séparé, bien que tous les galets puissent, si on le désire, être montés sur un bâti commun.
La courbure de chaque paire de galets augmente, pro- gressivement, depuis la sortie du réchauffeur de sorte que la bande peut être courbée, de façon à avoir, au début, la forme d'une gouttière et, à la fin, la forme d'un tube à couture ou- verte et dont les bords s.ont à quelques millimètres l'un de l'autre. Il est à noter que la forme des galets dépend unique- ment du diamètre à obtenir pour le tube terminé et de l'épais- seur de la bande utilisée, les galets pouvant, au besoin, être refroidis par des jets d'air ou par de l'eau.
Pour chauffer la bande, recourbée en forme de tube ouvert, on a recours à un four principal 19, ayant une section transversale; similaire à celle du réchauffeur mais qui est di- visée en deux parties de longueurs différentes 20 et 21 dont la première partie 20 a une longueur d'environ 20 mètres et est propre à recevoir la bande après son passage entre les galets 18 alors que la partie restante 21 a. une longueur d'environ 6 mè- tres et est prévue à la sortie du four.
Pour chauffer le four, on a prévu des brûleurs à gaz et/ou à l'huile d'une manière analogue à celle du réchauffeur 12, mais dans ce cas les bruleurs sont établis sur toute la longueur du four et sont écartés de manière telle que la partie 20 soit modérément chauffée jusqu'à une température d'environ 11000 Ce alors que la partie 21, à la sortie du four, est chauf- fée plus fortement jusqu'à une température d'environ 1.300 C et pour cette raison on constitue cette partie du four, de pré- férence en briques de carborundum.
En limitant la partie du four où règne la température la plus élevée à une zone relativement faible, on réduit consi- dérablement les frais de renouvellement, et en outre on peut féduire les frais de réparation du four en le constituant en un métal résistant à la chaleur et il peut, en partie, être refroi-
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di à l'eau.
Les températures indiquées plus haut, conviennent à l'acier pour lequel la température de soudure est d'environ 145 C à 1600 C, toutefois il est bien entendu que les tempé ratures ainsi que les dimensions des deux parties du four peu- vent être quelque peu différentes de celles indiquées pour dea métaux différents et la vitesse à laquelle les tubes sont fa- briqués.
Pour supporter la bande dans le four, des rouleaux 23 peuvent être prévus d'une manière analogue à ceux du réchauffeur 12, mais dans ce cas ils sont actionnés positivement par un mo- teur électrique ou par d'autres moyens afin que le métal puisse avancer au travers du four, toutefois par suite de la températu re relativement élevée de ce dernier ces rouleaux peuvent être constitués en une matière résistant à la chaleur et ils peuvent être refroidis à l'eau.
Si on désire, les rouleaux 17 dans le réchauffeur peu- vent être actionnés d'une manière analogue, afin de réaliser des moyens additionnels pour faire avancer la bande.
Pour guider la bande, en forme de tube à couture ou- verte, et pour éviter sa rotation autour de son axe longitudinal on a prévu, des galets 24 et 25, établis respectivement au-dessus et au-dessous de la pièce et. à proximité de la partie 21 du fnur 19 lesdits galets tournant autour d'exesphorizontaux et la ban- de pouvant passer entre lesdits galets. A cet effet le galet su- périeur 24 comporte une nervure centrale périphérique 26 (fig.
2) qui est propre à pénétrer dans la couture ouverte et à venir en contact avec les borda de la bande en forme du tube de façon à maintenir la couture verticalement au-dessus de l'axe longî- tudinal de la bande.
A proximité des galets 24 et 25 on a établi l'appareil de soudure 27 qui est monté clairement sur les fig. 3 et 4.
Cet appareil comporte une paire de galets soudeurs 28, dont chacun est monté librement sur un axe vertical et une paire
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de brûleurs 29 à leoxy-acétylàne*
Les bords périphériques 30 des galets soudeurs sont, de préférence, écartés de quelques millimètres l'un de l'autre, et les brûleurs sont établis quelque peu en avant du plan ver- tical dans lequel se trouvent les axes des galets, afin que les borda de la bande, en forme du tube à couture ouverte, puissent être chattes avant que ladite bande pénètre effectivement entre les galets.
Chaque brûleur est disposé de façon à chauffer un bord seulement de la bande et il comporte une pluralité de jets de flammes 31 disposés longitudinalement par rapport à la bande et agencés chacun de façon à fournir de la chaleur au bord sur une faible longueur de quelques millimètres, par exemple.
Suivant une variante) montrée sur les fig. 5 et 6, on peut faire comporter, à chaque brûleur, deux séries de jets écartés, chaque série étant propre à chauffer un bord de la ban- de.
Le nombre de jets, utilisés pour chaque brûleur, dé- pend uniquement de la dimension voulue du tube et de la vitesse de l'opération, étant entendu qu'on peut même utiliser une ving- taine de jets et que, pour des tubes de grandes dimensions, cha- que bord peut être chauffé par deux ou un plus grand nombre de brûleurs ayant chacun le nombre de jets indiqué plus haut.
Si on le désire, on peut prévoir un mécanisme automa- tique pour régler la pression du gaz aux brûleurs, la températu- re de soudure pouvant, évidemment, être réglée entièrement, d'a- près le réglage de ces brûleurs sans qu'on ait besoin de faire varier la chaleur fournie au four.
Pour refroidir la matière pendant la soudure, on pré- voit une pluralité de tuyères de vapeur 32, établies entre les galets de guidage et l'appareil de soudure et ils sont disposés de manière à diriger des jets de vapeur sur les parties de la section transversale du métalconstituant le tube à couture ou- verte, qui sont écartées de ses bords. chauffés. Au.besoin, ces
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jets peuvent également servir au décapage du tube et à la place de la vapeur ou en plus de celle-cip on peut avoir recours à dautres fluides réfrigérateurs ou décapeurs tels que de l'eau débité par lesdites tuyères.
Pour donner à la section du tube une dimension qui est partout bien uniforme,, on a prévu, derrière 1 appareil de soudure 27, une paire de galets calibreurs 33, alors que pour adoucir et polir le tube, on prévoit une roue de polissage 34.
Finalement une scie mobile 35 est établie, au delà de la roue de polissage 34, pour découper le tube en tronçons de longueur voulue et cette scie peut être actionnée automatique- ment par des moyens électromagnétiques ou autres.
Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et en ayant recours à une installation agencée comme décrit plua haut, on fait passer la bande froide en acier depuis l'appareil de soudure 11 dans le réchauffeur 12, une grande boucle 36 étant formée entre ledit appareil de soudure et le réchauffeur de fa- çon à former une réserve pour le débit de la bande qui peut ainsi avancer d'une manière continue dans le réchauffeur pendant que son extrémité est soudée à l'extrémité de la bande 10 sui- vante.
Le degré normal d'avancement de la matière est de vingt à trente mètres par minute, mais il est bien entendu que le procédé peut être appliqué, avec succès;, à des vitesses plus élevées ou avec un degré d*avancement aussi faible que cinq mètres par minute, les températures de chauffage étant réglées en conséquence.
Pour une température de 800 C dans le réchauffeur 12 et pour un avancement normal de la bande, celle-ci est chauf- fée sur toute sa section transversale et jusqu'à uhe températu- re entre 600 C et 800 C de sorte qu'elle peut être recourbée aisément par les galets 18 jusqu'à avoir la forme d'un tube avec couture ouverte.
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La bande tubulaire, à couture ouverte, est déplacée, ensuite, d'une manière continueau travers du four 19 par l'in- termédiaire de rouleaux entrafnés 23, les températures maximum indiquées pour les deux partiras du four étant suffisamment éle- vées, pour le degré d'avancement normal de la bande, pour chauffer cette dernière sur toute sa section transversale telle qu'elle puisse @ ensuite;, être amenée rapidement à la température de soudure par l'intermédiaire des brûleurs 29.
Il est à remarquer, toutefois, pour n'importe quelle genre de matières et qyel:, que soit le degré normal d'avance- ment, que la température du four est telle que la température maximum de lamatière dans le four ait une valeur qui est:, de préférence, au moins 125 C en dessous de la température de soudure de cette matière, et, en général, 125 C à 150 C en dessous de cette températurep afin d'éviter tout danger que la matière soit surchauffée et oxydée.
Après avoir quitté le four 19, la bande tubulaire, à couture ouverte, avance entre les galets de uidage 24 et 25, la nerbure périphérique 26 du galet supérieur pénétrant dans la couture ouverte et vient en contact avec les bords de la bande de façon que ceux-ci viennent occuper une position exacte par rapport à leurs jets ou tuyères de soudure 31 respectifs.
Avant d'entrer dans l'appareil de soudure, les parties du tube chauffé, qui sont écartées de ses bords sont refroidies par des jets de vapeur et/mu d'eau sortant des tuyères 32 qui, comme montré sur la fig. 3, sont agencées de façon à projeter du fluide sur l'ensemble de ces parties.
Il est, évidemment, à remarquer que la vapeur et l'eau sont à une température notablement en dessous de celle de sou- dure, de sorte qu'en faisant intervenir une quantité suffisante de chacun ou des deux de ces fluides, on peut refroidir la bande à l'exception de ses bords, jusqu'à une température notablement en dessous de celle de soudure.
Immédiatement après avoir dépassé les tuyères de re- froidisaement 32, la bande entre dans l'appareil de soudure 27
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et chaque bord est chauffé jusqu'à la température de soudure par une de.s. paires, de brûleurs 29 à l'oxy-axétylène et la bande à couture ouverte pénètre alors entre les galets de soudure 28 qui, en pressant sur le métal, rapprochemles bords, chauffés, pour donner un tube fermé.
Les jeta 32 peuvent servir à décaper le métal et d'au- tres jeta peuvent être prévus, à cet effet, entre l'appareil de aoudure et les galets calibreurs: 33 entre lesquels le tube passe ensuite.
Après avoir été calibré, le tube est poli par la roue
34 et, ensuite, découpé en tronçons par l'intermédiaire de la scie mobile 35, les tronçons découpés étantant finalement ame- nés à une table de refroidissement.
En refroidissant la. bande, à l'exception de ses. borda, la,pression des galets de soudure peut être rendue notablement plus élevée qu'à l'ordinaire puisque le métal refroidi, en étant à une température notablement moindre que celle de la soudure, peut résister davanatage à lapression de soudure et conserve sa forme. En effet, à supposer que le fluide réfrigérant soit four- ni en quantité insuffisante, la pression de soudure utilisée peut avoit une valeur suffisante pour déformer aisément le tube, en supposant que la totalité de la section transversale de ce- lui-ci soit la température de soudure.
Cette pression élevée permet aux bords. d'être refoulés bien plus fermement l'un vers l'autre que cela n'a été possible jusqu'ici, de sorte que la résistance du tube, à l'endroit de la soudure, est égale à celle des. parties, restantes de la section transversale et celle-ci possède, par conséquent, une résistance sensiblement uniforme.
De même, par suite de la température plus basse du mé- tal, lapression exercée par les galets calibréurs peut être no- tablement plus grande que celle appliquée jusqu'ici, de façon à réaliser un tube ayant des dimensions exactes, non encore ob- @ , tenues jusqu-*ici, et ayant une forme extérieure sensiblement
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tante, sur toyte la longueur du tube. Cette caractéristique est particulièrement importante quand il s'agit de tubes dont les extrémités doivent être filetées, car le travail et le temps nécessaires pour constituer les filets sont réduits considéra- blement alors que les filets eux-mêmes sont meilleurs à ceux qu'on a pu obtenir avec des tubes de ce genre.
En outre, le refroidissement permet aux bords d'être chauffés par les brûleurs à une température de soudure très élevée, qui peut être supérieure à la température de déformation du métal sans risque que le tube soit abîmé ou qu'il se produire une oxydation appréciable de sorte que le danger de formation d'une soudure défectueuse est encore réduit davantage. Par l'ex-
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pression Otetnpérature4eormationO on entend laempéiature à laquelle les parois du tube seraient aplaties ou autrement dé- formées en étant soumises à la pression de soudure.
Une installation, telle que décrite ci-dessus, peut être utilisée en combinaison avec des installations. d'étirage, de réduction de section, de doucissage, de polissage ou d'élargis- sement de section de sorte que les tubes fabriqués peuvent subir des modifications de dimension, notamment en ce qui concerne l'épaisseur de leur paroi et de l'usinage de leur surface, et ce- ci est rendu possible par la soudure très fine qui peut être obtenue par l'appareil pour la fabrication de tubes selon l'in- vention.
En pouvant procéder à l'étirgge, la réduction, le dou- cissage, le poliàsage et l'expansion du tube, l'installation pour la fabrication du tube peut être utilisée pour obtenir des tubes formant une catégorie de dimensions notablement plus grande et ayant une qualité et un fini bien meilleurs que cela n'a été possible jusqu'ici, sans devoir modifier les dimensions des différentes parties de lappareil, et éviter ainsi le tra- vail, la perte de temps et les dépenses nécessaires jusqu'ici, pour effectuer ces modifications.
La bande peut avoir des dimensions plus ou moins usu-
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elles, compte tenu destolérances habituelles., toutefois il. est préférable de ne pas chanfreiner les bords-, de la bande, car ceci pourrait être préjudiciable à la flamme des brûleurs, à l'oxy-acé- tylène et aucun ennui ne peut résulter du fait qu*on n'utilise pas'un chanfrein.
De l'aciet Siemens-Martin et de l'acier doux Thomas peuvent être utilisés pour la fabrication de tubes selon l'in- vention, et il est possible de fabriquer des tubes par ce pro cédé à l'aide de métaux auxquels sont ajoutés différents allia- ges pour en augmenter la solidité, la résistance à la chaleur, la corrosion par les acides, etc.
Dans certains cas on peut supprimer le four de chauf- fage préliminaire ou le réchauffeur et le tube à couture ouver- te peut être constitué à partir dune bande à l'état froid.
Les frais sûppLémentaires, qui résultent de l'agence- ment de l'appareil pour la-fabrication à froid du tube, corres- pondent jusqu'à un certain point, si pas entièrement,! auxfrais d'établissement du four réchauffeur.
En outre, la bande métallique, constituant la matière initiale, peut avoir la section d'un tube à couture ouvefte ou avoir toute autre section curviligne obtenue par la courbure préalable d'une bande plate.
Si on le désire, le réglage de la température du four peut être automatique de façon à varier avec la vitesse à la- quelle la bande traverse l'appareil ou ce réglage peut être ob- tenu de toute autre manière appropriée.
Tous les rouleaux, galets et autres parties métalli ques de l'appareil peuvent être cuâmés de façon à réduire l'usu- re et la formation de creux, résultant de la chaleur, la pres- sion et le frottement auxquels ils sont soumis.
Certains des avantages, obtenus par l'application du procédé et de l'appareil selon la présente invention sont: a) Perte moindre de métal par suite du chauffage de la bande qui est plus faible que celui appliqué jusqu*ici. b) Une, meilleure soudure résultant, d'abord, de la prea-
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sion plus élevée qui agit sur le métal au moment où la soudu- re est fermée et, ensuite, de la température plus élevée pour la soudure des bords, comparativement aux méthodes connues. c) Des tubes ayant des parois plus minoes et/ou des dia- mètres plus grands que jusqu'ici peuvent être obtenus.
d) L'installation peut être modifiée plus rapidement que jusqu'ici de façon à pouvoir servir à l'obtention d'un tube de dimensions différentes,et cela, entre autres, par suite que la température relativement basse, à laquelle la matière en forme de bande est chauffée, ne peut agir d'une manère vraiment pré- judioiable sur ladite matière, même si celle-ci est immobili- sée. e) Il y a moins de danger que jusqu'ici que le tube pré- sente des défauts et par conséquent moins de chance d'usure et l'installation peut être aisément arrêtée sans qu'il puisse en résulter des dégats importants, pour pouvoir procéder à l'ins- pection du tube.
f) Les tubes peuvent être étirés, réduits, douais, polis et détendus, l'installation pour la fabrication de tubes pou- vant, en outre, être utilisée pour l'obtention de tubes formant des oatégories plus grandes que jusqu'ici. g) Du fer pur, de l'acier Siemens-Martin et d'autres mé- taux, qui jusqu'ici ne pouvaient être utilisées d'une manière satisfaisante pour la fabrication de tubes par le procédé de formation à chaud, peuvent ainsi être appliqués avec avantage pour une telle fabrication. h) Des tubes peuvent être fabriqués, par ce procédé, à l'aide de métaux résistant à la corrosion et à la ohaleur,tout en ayant une résistance élevée.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Improvements to the processes for the manufacture of metal tubes".
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The invention relates to. Tina- proceeds, for the manufacture of parts. tubulars or welded tubes of the kind. those according to which a metal strip, of flat cross-section, in the form of an open-seamed tube or of any other curvilinear shape and the length of which is indefinite, moved in a continuous manner in a medium, heating which it envelope and which is suitable for heating said strip over its entire cross section, and according to which the temperature of the edges of the strip is brought to at least the welding temperature, the strip then being deformed until it forms a tube closed. the edges being welded together by the application of pressure.
By the expression -in a continuous manner * used below, it is to be understood that the formation of the tube can take place without interruption for a time which, in theory, is undefined, but which, in practice, is dependent on the possibility of advancing the metal strip in a non-
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interrupted, of \ * possible disturbance of the device used and the need to repair it from time to time,
Hitherto the tubes have been manufactured, according to the processes of this kind, heat the band to the solder temperature by advancing it through a long heating furnace having a temperature considerably above. that suitable for welding,
the material being simultaneously bent until it has the form of an open-seamed tube. The edges of the seam are then pressed together until
Keep welding together without supplying any other heat or by raising their temperature a little by directing a jet of air at them.
This method of manufacturing tubes has the following serious disadvantages! a) In order to obtain a '* satisfactory weld, it is necessary to heat the entire band of' '.: cal, up to. or above the solder temperature and this must be done even if part of the heat is supplied to the edges of the material by directing jets of air at them.
Considerable oxidation of the metal occurs, resulting in a high percentage of pearl. b) As the whole formed tube is during the welding operation at the welding temperature, very little pressure can only be exerted on the tube to weld the edges of the part together and the finished weld will not be. therefore not as good as desired.
Also with regard to the solder temperature, for which the apparatus is designed, it is not possible to improve the solder by using a high solder temperature, since it is necessary to heat the whole of the solder. metal at this temperature because, if the temperature of the tube becomes very high, only very low pressure can be applied to the tube to prevent the tube from deforming.
c) Due to the high temperature at which the
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metal must be supplied, it is only possible to manufacture, by this method, tubes of very limited dimensions, for example tubes with diameters less than 5 cm and these tubes then always have an excessive wall thickness for a large number of 'applications.
If we try to make these tubes having a diameter larger than the above-mentioned limit, we have found that the walls of these tubes are deformed during the welding phase of the process. D) As a result of high temperatures, useful, if desired change the dimensions of the tube to be obtained, it is necessary to stop the installation for a few hours to allow the rollers used for the bending and welding of the material to cool down to a temperature at which they. can be replaced without inconvenience. e) The temperature of the furnace is such that, if for any reason it is desired to stop the manufacture of the tubes, it is necessary to allow.
first, the oven to cool because if the tube were allowed to stop when the oven is at its very high temperature, it would be immediately damaged by oxidation. Therefore it is practically impossible to stop. the apparatus for inspecting the tube as it exits the weld section of the apparatus, so that any defect which may occur only becomes apparent after a considerable time after the tubes have been welded and, therefore , there is a considerable loss of material before the fault can be noticed and corrected. f) The tubes obtained cannot be stretched, relaxed or reduced in a satisfactory manner. g) Tubes of pure iron or Siemens-Martin steel, according to most commercial constitutions, cannot be manufactured by this process.
h) Furthermore, by this method, it is difficult to control the solder temperature which is entirely dependent on the temperature of the furnace and the degree of advancement of the strip.
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i) Finally, by this method and others, it has so far not been possible to make a satisfactory weld for steel pipes having a high breaking stress.
The object of the present invention is to provide an improved process for the manufacture of welded tubes for which the defects indicated above are eliminated or reduced and by which improved tubes are obtained.
The accompanying drawing shows, by way of example, some embodiments of the invention.
Fig. 1 shows, schematically, an installation making it possible to obtain a complete tube and established according to a practical embodiment of the invention.
Figs. 2 and 3 show, on a larger scale and in partial section respectively along lines 2-2 FIG. 1 and
3-3 fig. 1, the means used to guide the metal strip when it has the form of an open-seamed tube, and the device used to weld the edges of said strip together.
Fig. 4 shows, in partial section according to 4-4 fig. 3 this last provision.
Figs. 5 and 6 show, on a larger scale and respectively in elevation and in side view, details of an established welding apparatus .. according to a variant.
Referring to the above-mentioned figures and assuming that one wants to make a welded steel tube, one unwinds the initial material in the form of a strip or strip of steel of cold split section, of a coil 10 and it is unrolled. passes through a welding device 11 so that the end of the strip unwound from a reel can be welded to the end of the reel strip
Ball of the previous /, so as to obtain a metal strip of indefinite length. The welding apparatus 11 can be of any kind, very simple, generally used for electric welding.
For the initial heating of the cold strip to 3 a temperature sufficient to allow its easy curvature under
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shape of a tube with open seam, we have. provided a preliminary heating furnace or reheater 12 of considerable length and relatively small internal cross section
For. tubes, the diameter of which is between one and two inches, the heater may advantageously have a length of about 15 meters and an internal section of about 20 cm2, but for larger or smaller dimensions of the tubes, these values can be increased or decreased accordingly.
The section adopted for heating it can be circular, rectangular or a combination of these two sections, the section of the lower part of the oven having a rectangular shape and that of the upper part being vaulted.
The heater is heated with gas or oil, so these fuels can be used together if only a gas with a low calorific value is available *
For this purpose there are provided burners 13 which are established in the lower part of the furnace near the outlet 14 for the strip, the part 15 of the heater through which the strip enters, being heated by the circulation of the gases and it comprises a chimney 16 arranged so that the flow of hot gases takes place in a direction opposite to the movement of the strip, the temperature to be obtained in the heater being about 800 Co
To support the strip, a plurality of horizontal Birches 17 are provided, freely mounted on their supports and spaced apart from each other,
preferably of a steel which is heat resistant and which can be cooled if desired, although in general cooling is not necessary.
To bend the strip to give it the shape of an open-seamed tube, a plurality of pairs are provided. rollers 18, arranged near the outlet of the heater 12 and mounted so as to be able to rotate around vertical axes.
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Each pair of rollers is positively actuated by an electric motor or other means and is preferably mounted on a separate support, although all of the rollers can, if desired, be mounted on a common frame.
The curvature of each pair of rollers increases gradually from the outlet of the heater so that the strip can be bent so that it starts out as a gutter shape and ends up in a gutter shape. 'a tube with an open seam and the edges of which are a few millimeters apart. It should be noted that the shape of the rollers depends only on the diameter to be obtained for the finished tube and on the thickness of the strip used, the rollers being able, if necessary, to be cooled by air jets or by some water.
To heat the strip, bent in the form of an open tube, use is made of a main oven 19, having a cross section; similar to that of the heater but which is divided into two parts of different lengths 20 and 21, the first part 20 of which has a length of about 20 meters and is suitable for receiving the strip after it has passed between the rollers 18 while the remaining part 21 a. a length of about 6 meters and is provided at the exit of the oven.
To heat the oven, gas and / or oil burners are provided in a manner analogous to that of the heater 12, but in this case the burners are established over the entire length of the oven and are spaced apart in such a manner. that part 20 is moderately heated up to a temperature of about 11000 C, while part 21, at the outlet of the oven, is heated more strongly to a temperature of about 1,300 C and for this reason we constitutes this part of the furnace, preferably of carborundum bricks.
By limiting the part of the furnace where the highest temperature prevails to a relatively low zone, the renewal costs are considerably reduced, and in addition the repair costs of the furnace can be reduced by constituting it in a metal resistant to weathering. heat and it can, in part, be cooled
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di to water.
The temperatures indicated above are suitable for steel for which the welding temperature is about 145 C to 1600 C, however it is understood that the temperatures as well as the dimensions of the two parts of the furnace can be some. not much different from those shown for different metals and the rate at which the tubes are manufactured.
To support the strip in the furnace, rollers 23 may be provided in a manner analogous to those of the heater 12, but in this case they are positively actuated by an electric motor or by other means so that the metal can. advance through the furnace, however due to the relatively high temperature of the latter these rolls may be made of heat resistant material and they may be water cooled.
If desired, the rollers 17 in the heater can be operated in an analogous manner, to provide additional means for advancing the web.
To guide the strip, in the form of an open-seam tube, and to prevent its rotation around its longitudinal axis, rollers 24 and 25, established respectively above and below the part and are provided. near part 21 of fnur 19, said rollers rotating around exesphorizontaux and the band being able to pass between said rollers. For this purpose, the upper roller 24 comprises a peripheral central rib 26 (fig.
2) which is suitable for penetrating the open seam and coming into contact with the edges of the tube-shaped strip so as to maintain the seam vertically above the longitudinal axis of the strip.
Near the rollers 24 and 25, the welding apparatus 27 has been established which is clearly mounted in FIGS. 3 and 4.
This apparatus comprises a pair of welding rollers 28, each of which is freely mounted on a vertical axis and a pair
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number of leoxyacetylene burners 29 *
The peripheral edges 30 of the welding rollers are preferably spaced a few millimeters apart, and the burners are set somewhat forward of the vertical plane in which the axes of the rollers lie, so that the borda of the strip, in the form of the open-seamed tube, can be catches before said strip actually enters between the rollers.
Each burner is arranged so as to heat only one edge of the strip and it comprises a plurality of flame jets 31 arranged longitudinally with respect to the strip and each arranged so as to provide heat to the edge over a short length of a few millimeters. , for example.
According to a variant) shown in FIGS. 5 and 6, it is possible to have, at each burner, two series of spaced jets, each series being suitable for heating one edge of the strip.
The number of jets, used for each burner, depends only on the desired size of the tube and the speed of the operation, it being understood that one can even use about twenty jets and that, for tubes of Large dimensions, each edge can be heated by two or more burners each having the number of jets indicated above.
If desired, an automatic mechanism can be provided for regulating the gas pressure at the burners, the welding temperature being able, of course, to be entirely regulated according to the regulation of these burners without having to. needs to vary the heat supplied to the oven.
To cool the material during welding, a plurality of steam nozzles 32 are provided, established between the guide rollers and the welding apparatus and these are arranged to direct jets of steam on the parts of the section. cross section of the metal constituting the open-seamed tube, which are spaced from its edges. heated. If necessary, these
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jets can also be used for stripping the tube and instead of steam or in addition to the latter, it is possible to use other refrigerating fluids or scavengers such as water delivered by said nozzles.
To give the section of the tube a dimension which is uniform everywhere, there is provided, behind 1 welding device 27, a pair of sizing rollers 33, while to soften and polish the tube, a polishing wheel 34 is provided. .
Finally, a movable saw 35 is established, beyond the polishing wheel 34, to cut the tube into sections of desired length and this saw can be actuated automatically by electromagnetic or other means.
For the implementation of the method according to the invention and by having recourse to an installation arranged as described above, the cold steel strip is passed from the welding apparatus 11 into the heater 12, a large loop 36 being formed. between said soldering apparatus and the heater so as to form a reserve for the flow of the strip which can thus advance continuously through the heater while its end is welded to the end of the following strip. boasts.
The normal degree of progress of the material is twenty to thirty meters per minute, but it is understood that the process can be applied, with success ;, at higher speeds or with a degree of advance as low as five. meters per minute, the heating temperatures being adjusted accordingly.
For a temperature of 800 C in the heater 12 and for normal advancement of the strip, the latter is heated over its entire cross section and to a temperature between 600 C and 800 C so that it can be easily bent by the rollers 18 until it has the shape of a tube with an open seam.
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The open-seamed tubular strip is then moved in a continuous fashion through the oven 19 by means of entrained rollers 23, the maximum temperatures indicated for both sides of the oven being sufficiently high to the normal degree of advancement of the strip, to heat the latter over its entire cross section such that it can then be brought rapidly to the welding temperature by means of the burners 29.
It should be noted, however, for any kind of material and whatever the normal degree of advance, that the temperature of the furnace is such that the maximum temperature of the material in the furnace has a value which is:, preferably, at least 125 C below the solder temperature of this material, and, in general, 125 C to 150 C below this temperature p in order to avoid any danger of the material being overheated and oxidized.
After leaving the oven 19, the open-seamed tubular strip advances between the guide rollers 24 and 25, the peripheral rib 26 of the upper roller entering the open seam and comes into contact with the edges of the strip so that these come to occupy an exact position relative to their respective welding jets or nozzles 31.
Before entering the welding apparatus, the parts of the heated tube which are separated from its edges are cooled by jets of steam and / or water coming out of the nozzles 32 which, as shown in FIG. 3, are arranged so as to project fluid onto all of these parts.
It should, of course, be noted that the steam and the water are at a temperature considerably below that of welding, so that by bringing in a sufficient quantity of each or both of these fluids, it is possible to cool. the strip with the exception of its edges, to a temperature significantly below that of welding.
Immediately after passing the cooling nozzles 32, the tape enters the welding device 27
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and each edge is heated to the solder temperature by one de.s. pairs of oxyaxetylene burners 29 and the open-seamed strip then penetrates between the solder rollers 28 which, by pressing on the metal, bring together the heated edges to give a closed tube.
The jets 32 can be used to pickle the metal and other jets can be provided for this purpose between the welding apparatus and the gauge rollers: 33 between which the tube then passes.
After being calibrated, the tube is polished by the wheel
34 and then cut into sections by means of the movable saw 35, the cut sections finally being fed to a cooling table.
By cooling the. tape, with the exception of its. borda, the pressure of the weld rollers can be made significantly higher than usual since the cooled metal, being at a significantly lower temperature than that of the weld, can withstand the weld pressure more and retains its shape. . Indeed, supposing that the refrigerant fluid is supplied in insufficient quantity, the welding pressure used can have a sufficient value to easily deform the tube, assuming that the whole of the cross section of this one is the same. solder temperature.
This high pressure helps the edges. to be forced towards each other much more firmly than has been hitherto possible, so that the resistance of the tube at the place of the weld is equal to that of. remaining parts of the cross-section and this therefore has a substantially uniform strength.
Likewise, owing to the lower temperature of the metal, the pressure exerted by the calibrating rollers can be noticeably greater than that applied so far, so as to achieve a tube having exact dimensions, not yet obtained. @, held until * here, and having a substantially
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aunt, on toyte the length of the tube. This characteristic is particularly important when it comes to tubes the ends of which are to be threaded, since the labor and the time required to form the threads are considerably reduced while the threads themselves are better than those which are available. could get with tubes like this.
In addition, the cooling allows the edges to be heated by the burners to a very high solder temperature, which can be higher than the metal deformation temperature without the risk of the tube being damaged or appreciable oxidation occurring. so that the danger of forming a defective weld is further reduced. By the ex-
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Pressure Temperature is defined as the temperature at which the walls of the tube would be flattened or otherwise deformed by being subjected to the welding pressure.
An installation, as described above, can be used in combination with installations. stretching, reduction of section, smoothing, polishing or widening of section so that the tubes manufactured can undergo changes in dimension, in particular as regards the thickness of their wall and of the machining of their surface, and this is made possible by the very fine welding which can be obtained by the apparatus for the manufacture of tubes according to the invention.
By being able to carry out the stretching, the reduction, the smoothing, the polishing and the expansion of the tube, the installation for the manufacture of the tube can be used to obtain tubes forming a significantly larger size category and having a much better quality and finish than has been possible hitherto, without having to modify the dimensions of the different parts of the apparatus, and thus avoid the labor, the waste of time and the expense necessary hitherto, to make these changes.
The strip may have more or less customary dimensions.
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them, taking into account the usual tolerances. It is preferable not to chamfer the edges of the strip, as this could be detrimental to the flame of the burners, to the oxy-acetylene and no annoyance can result from the failure to use a chamfer.
Siemens-Martin steel and Thomas mild steel can be used for the manufacture of tubes according to the invention, and it is possible to fabricate tubes by this process using metals to which are added. different alloys to increase its strength, resistance to heat, corrosion by acids, etc.
In some cases the pre-heating furnace or heater can be omitted and the open seam tube can be made from a strip in the cold state.
The additional costs, which result from arranging the apparatus for the cold manufacture of the tube, correspond to a certain extent, if not entirely,! the establishment costs of the heating oven.
In addition, the metal strip, constituting the initial material, can have the section of an open-seamed tube or have any other curvilinear section obtained by the preliminary curvature of a flat strip.
If desired, the oven temperature control may be automatic so as to vary with the speed at which the strip passes through the apparatus or this adjustment may be obtained in any other suitable manner.
All rollers, rollers and other metal parts of the apparatus can be tapered to reduce wear and pitting, resulting from the heat, pressure and friction to which they are subjected.
Some of the advantages, obtained by the application of the method and the apparatus according to the present invention are: a) Less loss of metal due to the heating of the strip which is lower than that applied heretofore. b) A better weld resulting, first, from the prea-
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higher pressure which acts on the metal when the weld is closed and, subsequently, higher temperature for the edge welding, compared to known methods. c) Tubes with thinner walls and / or larger diameters than heretofore can be obtained.
d) The installation can be changed more quickly than hitherto so that it can be used to obtain a tube of different dimensions, and this, among other things, as a result of the relatively low temperature at which the material form of strip is heated, cannot act in a truly detrimental way on said material, even if the latter is immobilized. e) There is less danger than hitherto that the tube presents defects and consequently less chance of wear and the installation can be easily stopped without causing serious damage, in order to be able to inspect the tube.
f) The tubes can be drawn, reduced, douaised, polished and relaxed, the installation for the manufacture of tubes can, moreover, be used to obtain tubes forming larger categories than hitherto. g) Pure iron, Siemens-Martin steel and other metals, which heretofore could not be satisfactorily used for the manufacture of tubes by the hot forming process, can thus be applied with advantage for such production. h) Tubes can be made by this process using metals resistant to corrosion and heat, while having high strength.
CLAIMS.
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