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Procédé de soudure électrique des tubes et ma- chine pour sa mise en oeuvre.
On connait déjà des machines à souder les tubes d'une façon continue, dans lesquelles on amène le courant à l'aide de galets presseurs ou de galets de oon- taot, disposés sur les côtés ou la partie supérieure du tube, ou encore sur les rebords de la fente. La plupart des machines proposées jusqu'à ce jour présentent l'in- convénient que la production de chaleur par le courant électrique n'est pas convenablement localisée et que la pression destinée à assurer le rapprochement des par- ties à unir ne se fait pas convenablement au moment op- portun de sorte que la vitesse de soudure reste faible
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et que le rendement est très mauvais.
Notamment, on connaît des machines dans les- quelles un premier galet électrode, connecté à l'un des pôkes est amené en contact avec les deux bords du tube, tandis que les galets électrodes connectés à l'autre pale sont décalés par rapport au premier galet dans le sens du joint soudé, de telle faqon que le courant passe essen- tiellement le long des bords du tube à souder. Cotte dis- position connue ne permet pas l'obtention d'une soudure rapide et de bonne qualité. En effet, la soudure ne peut pas se faire au point de contact du premier galet élec- trode disposé sur les bords du tube, car le tube est encore froid lorsqu'il passe sous ce premier galet.
Dans ce procédé connu, le soudage s'effectue au niveau du galet aval, car le galet amont est impuis- sant à faire passer directement et instantanément l'ébau- che depuis une température nulle jusqu'à une température de fusion. Il n'y a pas de localisation de l'endroit où S'effectue la soudure, d'où résultent des pertes de cha- leur des bavures, etc... On est donc amené à faire passer une densité de courant trop élevée telle que le métal est brûlé sous le galet amont avant d'être soudé.
Pour remédier à cet inconvénient , on a donc proposé de faire subir au tube un réchauffage à l'aide de galets auxiliaires; à cet effet, on a proposé l'emploi de galets de soudage indirect disposés de chaque coté du joint du tuyau et d'un galet de soudage direct disposé sur le joint. On a également proposé l'emploi de deux galets entre lesquels on introduit une différence de po- tentiel auxiliaire; mais ces différents dispositifs sont très compliqués et d'un rendement incertain.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédente-, elle a pour but notamment d'assurer la soudure directe et la soudure indirecte dams une seule opération et à l'aide d'un dispositif très
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simple et très efficace.
Elle concerne dans ce but un procédé de soudure électrique des tubes dans lequel l'ébauche se déplace d'un mouvement de translation continu, procédé oaracté- risé par ce qu'on dispose du côté amont des galets élec- trodes d'amenée de courant qui canalisent le courant dans l'ensemble du tube et préparent ainsi la soudure, tandis qu'on dispose du coté aval sur la fente du tube à souder, un seul galet électrode de départ de courant qui produit un chauffage localisé très intense et termine la soudure.
Ainsi la caractéristique essentielle du pro- cédé conforme à l'invention consiste dans le sens de dé- placement dé l'ébauche par rapport aux galets électrodes,, le tube passant d'abord entre les galets latéraux réunis au même potentiel et ensuite sous le galet unique disposé sur la fente du tube.
Ce procédé, par suite du chauffage de l'ébauche dans toute sa section, supprime dans le tube soudé tout ef- fet d'écrouissage provenant des opérations de fermage du tuba par enroulement du feuillard sur lui-même. On supprime par là même les tensions internes qui peuvent prendre nais- sance.
Pour toutes ces raisons, le recuit qui était une opération indispensable dans les procédés connus, devient inutile dans le procédé suivant l'invention, ce qui écono- mise des installations et réduit au minimum les dépenses en main d'oeuvre et en calories.
La suppression du four à recuit évite également la déformation du tube en métal, ramolli par le recuit au four; de ce fait, les opérations de dressage du tube sont réduites dans des proportions considérables, ce qui abaisse encore le prix de revient du produit fini.
Enfin, on accroît la vitesse de production dans des proportions considérables.
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Le procédé conforme à l'invention est beaucoup plus simple que les procédés connus, c'est-à-dire permet de faire varier les densités de courant dans des limites beaucoup plus grandes, cet accroissement de la densité pouvant d'ailleurs être utilisé sans risque de brûlure du tube, étant donné que les galets d'amont s'appliquent sur le tube par de très grandes surfaces, évitant ainsi en tout point du tube la formation d'une densité de courant dange- reuse.
Les produits finis obtenus par le procédé de la demande présentent un aspect lisse, fini et de couleur bleuâtre, par suite de la suppression de toute pellicule de calamine, c'est-à-dire de métal brut sur le tube. Ce tube se trouve ainsi dans les conditions optima pour rece- voir une couche très adhérente de zinc.
Suivant un mode de réalisation, on dispose du côté amont, latéralement de part et dtautre du tube, deux galets d'amenée de courant et l'on fait agir ces galets de manière à presser le tube et à maintenir ses lèvres à écar- tement convenable.
Suivant une variante, on règle la quantité de chaleur dégagée par les électrodes à ltaide d'une électro- de supplémentaire en contact avec le tube, cette électrode étant portée à des potentiels variables par rapport aux électrodes de soudure.
Le procédé de l'invention peut être mis en oeu- vre ainsi qutil est représenté schématiquement sur la figu- re 1 du dessin annexé.
On dispose sur le métal froid, plusieurs galets en parallèle, de façon à assurer un excellent contact. Les galets "amont", sont, de préférence, disposés latérale- ment en 13 et électriquement réunis à l'un des pôles du transformat eur.
La quantité de chaleur dégagée sous les galets latéraux 13, est relativement faible, et il n'y a pas à
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oraindre en ce point une fusion prématurée du métal; en même temps, la totalité du tube en 17 est portée à la température correspondant à la limite d'élasticité, ce qui évite les efforts internes et permet un forgeage facile et un rapprochement aisé des deux lèvres à souder.
On dispose en aval un galet 15 unique; par suite, la quantité de chaleur dégagée sous ce galet est relativement importante en 18, et suffisante pour assurer un excellent contact des deux lèvres en réalisant la température con- venable et uniforme du métal au point exact de la soudure,
Ainsi la localisation de la chaleur s'effectue parfaitement et d'une façon aussi efficace que possible; auoun dégagement inutile de chaleur ou d'énergie ne se produit; la machine peut fonctionner avec une très grande vitesse et avec une grande régularité;
les aspérités qui peuvent se trouver à la surface du tube sont sans ineon- vénient sur le débit total de la machine puisque le tube offre une grande surface de contact aux galets 13,
La figure 2 permet de se rendre oompte de la façon dont passe la courant à l'intérieur du tube, ce qui permet d'assurer la soudure à l'intérieur en 18' d'une façon aussi parfaite qu'à l'extérieur en 18 ; lerésultat est obtenu grâce aux galets latéraux 13 qui obligent le courant à passer à l'intérieur du tube.
Dans la variante de la figure 3, on améliore encore le procédé précédent, en introduisant un galet presseur latéral 21 présentant une certaine différence de potentiel par rapport au galet soudeur 20,
Comme dans le cas de la figure 1, on retrouve les deux galets "amont" 19, le transformateur principal d'alimentation 22 et le galet unique 20 disposé en aval au point de soudure; on a représenté en pointillés un ga- let éventuel 19', relié électriquement au galet 19.
Les galets presseurs 21 sont connectés à l'en- roulement secondaire d'un transformateur 24, dont la
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borne opposée est reliée avec les galets "amont" 19 et éventuellement 19', .Lorsque Iton place le commutateur 25 sur un plot mort, aucun courant ne passe par le circuit secondai- re du transformateur 24, en raison de la grande réactance de celui-ci. Le courant débité par le transformeteur 22 est totalement canalisé dans le tube entre les galets 19 et 20, Si, par contre, on règle le commutateur 25 du transformateur 24, de façon à faire passer un courant dans le sens indiqué par les flèches et à doser ce courant conve- nablement, on réduit l'intensité du cousant qui traverse le tube de 19 à 21 et on augmente le courant qui passe de 21 à 20.
Il s'ensuit un chauffage plus faible de la partie du tube se trouvant entre 19 et 21, et néanmoins un chauf- fage plus intense du métal à l'endroit précis où doit s'ef- fectuer la soudure, sous le galet aval 20.
Etant donné que le transformateur 22 peut être réglé au moyen du commutateur 23, on a donc là un moyen de réglage indépendant du chauffage du tube d'une part et du chauffage de la fente à l'endroit précis où doit s'effectuer la soudure d'autre part, ce qui n'est pas pos- sible avec aucun des systèmes connus.
L'invention s'étend également à une machine pour la mise en oeuvre des procédés ci-dessus expsés, cette machine est représentée à titre d'exemple sur le dessin ci- joint dans lequel :
La figure 4 est une élévation avec coupe du support du galet de soudure, .
La figure 5 représente le mode de réalisation du réglage individuel de la pression dudit galet, et son =de de déplacement rapide pour dégager l'ébauche.
Les figures 6 et 7 sont des coupes du dispositif de support et d'amenée de courant aux galets électrodes.
La figure 8 est une vue d'ensemble de la machine.
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Le dispositif représenté sur la fig, 4 est des- tiné à régler la prassion de oontact du galet "aval" ou de soudure sur le tube, en fonction des variations pouvant intervenir dans le courant d'alimentation de la machine.
Le galet de soudure 27, dont l'amenée de cou- rant est supprimée pour la simplicité du schéma, reçoit la pression du ressort 28, par l'intermédiaire d'un levier 29 ayant son point d'articulation en 30, Un vo- lant 31 sert à régler la pression fournie par le ressort 28, la réaction étant prise en partie par le tube à l'en- droit de contact du galet 27 (pression de soudure) et en partie par la butée 32, qui la reçoit de la tige filetée 33, laquelle tige est réglable à l'aide du volant 34.
Sur cette tige est fixé un noyau de far 35 soumis à l'action magnétique de la bobine 36 qui est solidaire du bâti, et qui est branchée à la source de oourant 37 par l'inter- médiaire d'un rhéostat réglable 38,
L'effet de l'attraction exercée sur le noyau de fer 35 par la bobine 36, soulève la tige 33 de la butée 32 et a pour effet de oomprimer davantage le res- sort 38 et, par suite, d'augmenter la pression de con- tact du galet 27,
La position du rhéostat 38 permet de régler l'action de la bobine 36.
On suppose maintenant que la tension du courant diminue; l'Attraction du noyau de fer 35 sera réduite et Impression de la molette sur le tube sera également diminuée, ce qui aura pour effet d'augmenter la résistance de contact entre la molette 27 et le tube, et de comen- sur automatiquement la réduction de courant, tout en con- servant le même effet calorifique.-
On peut évidemment intercaler la bobine dans le circuit primaire ou secondaire du transformateur 22 de la figure 1, en sorte que le courant agira comme compensa- teur direct et automatique de la température de soudure.
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La variation automatique de la pression des ga- lets soudeurs en fonction du courant de soudure ou de la tension d'alimentation peut être évidemment obtenue par d'autres moyens que celui 'indiqué à titre dtexemple sur la figure 2, sans que l'on sorte du cadre de la présente in- vention, la nouveauté de celle-ci résidant dans la régula- tion automatique de la température, à l'endroit précis où doit s'effectuer la soudure, par l'action directe ou indi- recte, totale ou partielle du courant sur la pression de contact du galet soudeur.
Dans la figure 5, on a représenté séparément et dans sa forme d'exécution pratique, le dispositif mécani- que de pression déjà indiqué à la figure 2. Le levier 29 est guidé par la tige 39, qui coulisse dans le support 40. Un écrou 41, solidaire de la tige 39, permet de li- miter la oourse de cette tige et par conséquent de la mo- lette 27 en venant buter sur le fond du trou 42. De cette façon, on empêche la molette de plonger dans la fen- te du tube au cas où, pour une raison quelconque, le métal chaud viendatit à céder .ou à n'écarter., sous la pression de la molette. Le jeu 43 détermine la course totale en hauteur de la molette 27, sous l'effet de la pression du ressort 28.
Le volant 34 permet de son côté de relever la molette de l'ébeuche par action sur la vis 33, dont l'extrémité supérieure munie d'un éorou, vient buter sur la pièce pivotante 32, Le volant 31 sert au réglage de la pression du ressort. Pour pouvoir connaftre la valeur de compression de ce dernier, on a prévu un cadran 44 sur lequel se déplace une aiguille solidaire dtune petite roue dentée 45 qui est commandée par une crémaillère 46, dont le déplacement en hauteur accompagne celui du volant 31 et indique par conséquent la valeur linéaire de compression du ressort 28, On voit que, grtoe à ce dispositif, il est possible de relever instantanément la molette de l'ébauche, par action sur le volant 34,
sans que la pression détermi-
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née par le volant 31 se trouve déréglée.
La figure 6 reproduit dans leurs détails la molette de soudure 27 et le dispositif de guidage, d'a- menée de courant et de circulation d'eau de cette dernière.
La molette 27 est montée au moyen de vis et d'écrous 47, sur un arbre creux 48. Cet arbre creux porte d'une part la ouvette 68 au moyen de la bague fi- letée 49 et du chapeau 50, et d'autre part un tube 52 au moyen de la bague 51 vissée dans 1' extrémité opposée de l'arbre oreux 48. t'arbre creux 48 comporte une par- tie renflée 48a et est entourée par une ouve fixe 53, dans laquelle elle peut tourner. Une ohambre 54 est for- mée entre la paroi extérieure de la partie renflée à l'in- térieur de la cuve 53.
L'étanchéité de cette chambre est assurée par des joints 55 et 56, agenoés de façon à ne pas s'opposer à la rotation de l'arbre creux 48. Cette cuve est rein- plie de mercure par un bouchon 57, un autre bouohon 76 servant pour la vidange.
Suivant l'invention, le joint 55 est constitué par un ruban d'amiante tissé 73, enroulé en une ou quel- ques couches autour d'une partie lisse 74 de l'arbre 48.
Sur de ruban est disposée une bague en caoutchouc sou- ple 75 qui, gràce à son extensibilité peut être emnan- chée par dessus la pièce 48a. Lors du montage du palier $et qui se compose de deux moitiés, cette bague 57 se trouve comprimée dans le logement. Ce joint assure une parfaite étanchéité, l'amiante permet un glissement très doux de l'arbre, le caoutchouc assure une pression douoe et constante sur l'amiante, tout en empêchant le mercure de passer sur les côtés.
La cuve 53 forme, à l'extérieur deux logements de forme conique 59 et 59a, dans lesquels sont montées les cosses 60 et 60a d'amenée de courant.
Ces dernières étant serrées au moyen des goujons
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filetés 61. Dans ces oosses sont soudées les extrémités des câblevenant du secondaire du transformateur de sou- dure.
Le courant passe par ces cosses, puis par la pièce 53 et le bain de mercure contenu dans la chambre 54 est amené au support de'la molette et à cette dernière.
On obtient de cette façon, des contacts aussi satisfaisants que possible, une étanchéité constante de l'enceinte de- meroure et un frottement minime de l'axe de la molette,
L'eau destinée à refroidir cette dernière est amenée par un ajutage 62. Cet ajutage est solidaire de la partie fixe 63, l'étanchéité entre la partie tournante et la partie fixe étant obtenue au moyen des joints 64 et 65, soumis à l'action d'un ressort 66.
L'eau passe à l'intérieur du tube 52, puis dans les canaux 67 prévus dans le bouchon 49 et circule dans la chambre 68, en effectuant le refroidissement de la mo- lette 27. L'eau est évacuée ensuite par les canaux 69 et la partie 70 comprise entre l'intérieur de la pièce 48 et la paroi extérieure du tube 52, pour passer par les lu- mières 71 prévues dans la douille 51, dans les chambres 72 de façon à refroidir les contacts des Gosses 60 et aussi la cloison 53 qui entoure le bain de mercure. L'eau est évacuée enfin dans un ajutage latéral 621.
La pièce 48, 48a est en alliage¯de cuivre. Afin d'éviter l'action du mercure sur la pièce et les fuites qui en résulterainet on recouvre les surfaces en contact avec le mercure d'un métal non attaquable par oe dernier, par exemple d'une couche électrolytique de'chrome.
La figure 7 représente les deux galets "ament" avec leur dispositif d'amenée de oourant et dteau de refroi- discernent. Les deux galets 77 tourillonnent sur les deux supports 78, dont la disposition sur la machine ressort de la figure 6.
L'arbre 79 est fixé au galet par des vis 11
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est développé dans sa partie supérieure en forme de cuve So, remplie de mercure. Cet arbre et sa cuve suivent par conséquent la mouvement de rotation du galet, Une pièce conductrice 81 plonge par ses deux extrémités recourbées dans les deux cuves. Elle est munie à sa partie supérieu- re d'une surface de contact hémi-cylindriue, sur laquelle est serrée, par le couvercle 82 et ses vis de fixation, une tige cylindrique 83, conductrice de courant qui re- lit la pièce 81 aveo le pôle du transformateur opposé à celui du galet soudeur (fig. 6).
Chacun des arbres 79 est creux 'et reçoit l'eau de refroidissement par l'intermédiaire deson tuyau solidaire 84, sur lequel est appliqué par un ressort 85 un ajutage fixe d'amenée d'eau 86. Des trous 87 prévus sur les galets 77, permettent la sortie de l'eau de refroidissement, La tige 83 elle-même est creuse et également refroidie par circulation d'eau. Les mûmes dis- positions que pour les pièces 53 et 48a (fig. 9) sont prises en vue de protéger leurs surfaces oontre l'action du morcure. Le jeu prévu en 88 permet le déplacement des deux galets (et de leur pièce solidaire) l'un par rap- port à l'autre, sans que la pièce fixe 81 se trouve en- trainés. Le couvercle 89 protège le mercure contre les agents extérieurs.
La figure 8 représenté à titre d'exemple l'en- semble d'une machine réalisée conformément à l'invention.
Le courant circule comme l'indiquent les flèches*
Le transformateur 90 alimente d'une part le galet supérieur 91, d'autre part les deux galets laté- raux 92 et 93.
L'arrivée'du oourant aux molettes 92 et 93
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disposées en parallèle, se fait par l'intermédiaire d'un bain de mercure, conformément à la figure 5.
Le départ du courant se fait par un galet unique 91 disposé sur la fente. Le passage du cou- rant et sa liaison au transformateur ont déjà été décrits dans la figure 1.
Les deux galets 92 et 93 sont montés sur un chariot 94, réglable dans toutes-les direotions.
Le serrage du tube entre le galet 92 et le galet 93 est assuré à l'aide de la vis 95.
Au niveau de la molette 91 se trouvent deux galets presseurs 96 et 97, qui permettent le rapprochement intime des deux o6tés de la paroi du tube, au voisinage du point où s'effectue la soudure.
Ces deux galets sont réglables au moyen de la vis 98, L'ensemble de ces deux galets est d'ail- leurs monté sur un chariot 99 dont on peut régler la position. L'ébauche du tube qui a été convenable- ment préparée, passe dans un galet-guide 100, avant de pénétrer entre les deux galets d'amenée de courant 92 et 93. Immédiatement après que la soudure est ef- fectuée, le tube est guidé par un galet 101, suscep- tible d'être orienté dans toutes les directions et un outil râcleur 102 réglable, achève la finition du travail en enlevant les bavures en excès,
La pression du galet 91 est assurée par un système de leviers 103, l'ensemble étant suspendu sur un chariot 104.
L'ensemble du dispositif qui permet d'assurer une pression réglable, un écartement rapide de la molette, eto.... a déjà été décrit en détail sur la figure 3,
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La position du chariot 104 qui supporte la molette 91 peut être réglée parallèlement au tube, à l'aide de la vis 105, ainsi qu'il ressort clairement de l'aspect de la figure.
Tous les organes peuvent être réglés indé- pendamment les uns des autres, la longueur qui sépare les deux galets "amont" du galet "aval" peut être mo- difiée à volonté en vue de régler la vitesse de passa- ge du tube. De même, la pression des galets latéraux peut être modifiée, ainsi que la position des galets presseurs par rapport aux galets soudeurs, etc....
L'ébauche du tube peut être dégagée très facilement de la machine.
L'ensemble du mécanisme est 'monté sur un bâti général 106 qui est solidaire du châssis 107 qui supporte les transformateurs.
Pour plus de clarté, on nta pas figuré la circulation d'eau servant au refroidissement des dif- férentes pièces de la machine, de môme on a supprimé le commutateur qui sert au réglage du oourant de soudure.
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