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@ "Perfectionnements aux procèdes de fabrication, de tubes".
@ On a déjà proposé coopérer la soudure par rapproche- ment et, notamment, celle des tubes, au moyen de courants induits à basse fréquence. Mais ce procédé nécessite, pour l'obtention de courants induits suffisamment intenses opur porter les parties à souder à la température nécessaire à la soudure,, la présence d'un circuit magnétique en fer pé- nétrant à l'intérieur du tube. C'est là un inconvénient d'autant plus grave que le métal à souder a une résistivité plus forte et que la température de fusion est plus élevée, comme c'est le cas pour l'acier ou le fer.
La nécessité de placer un noyau de fer feuilleté à l'intérieur du tub rend impossible la soudure continue de tubes de grande longueur et limite l'application du procédé aux tubes de diamètre relativement grand.
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On sait, par pilleurs, que si l'on place un conducteur à l'intérieur d'un circuit fermé situé dans l'air et parcouru par un courant alternatif, ledit conducteur devient le siè- ge de courants induits dont l'intensité arott aveo la fré- quenoe et avec l'intensité du courant, inducteur.
La présente invention a pour objet Inapplication des courants induits à haute fréquence ainsi engendrés, à la fabrication de tubes soudés par rapprochement, application faite dans des conditions aypnt pour conséquence de looali- ser ces courants sur les lèvres à souder, gräce à l'effet de concentration décrit dans le brevet français de le demande- resse n 862. 672 du 31 août 1939.
Moise tandis que dans le procédé décrit dans le brevet susvisé, l'effet de concentration n'était utilisé que pour les courants directs produits par une force éleotromotrioe extérieure, dans le procédé perfectionné faisant l'objet de la présente invention - et conformément à une caractéris- tique essentielle de celle-ci - on réalise la localisation de courants induits de sens contraire le long des surfaces ou des borda à souder sur une certaine longueur précédant le point de cont-ct des bords à souder et ceci groe à la feible distance qui sépare ces derniers avant leur contact.
Ce résultat est obtenu par l'application d'un champ alternatif à fréquence suffisamment élevée, établi dans l'air, de façon à créer entre les bords à souder une force électromotrice convenable, génératrice des courants induits précisés.
Il y a lieu également de remarquer que l'on peut béné- fioier d'une élévation sensible de température à lendroit du joint de soudure, groe à la résistance supplémentaire que ce joint présente au passage des courants de Fouoat induits dans la masse du tube.
Les essais fait: par la demanderesse pour la mise au point du procédé faisant l'objet de l'invention lui ont permis de déterminer les conditions à réaliser pour l'obten-
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tion des,meilleurs résultats. Pour cela, il convient de choisir la fréquence à utiliser en tenant oompte de la profondeur de pénétration du courant induite ladite profondeur de pénétration, ou épaisseur de "peau", étant définie par la formule connue
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dans laquelle : @ est l'épaisseur de "paau" est la résistance du métal est la perméabilité dudit métal est la fréquence du courant.
Il résulte clairement de cette formule que. ai la Séquence est trop élevée, le tube, pendant son passage dans le adénoïde inducteur, est parcouru par la pies- que totalité du courant sur une pellicule superficielle, laquelle se trouve ainsi portée à une température trop élevée.
Par contre, si :L'on utilise un courant de fréquence trop basse, le tube est traversé dans toute son épais- seur par un courant dont l'intensité se trouve unifor- mément répartie, ce qui fait que le phénomène de con- centration recherché ntest plus réalisé.
Il s'ensuit qu'il existe une certaine gamme de fré- quences intermédiaires utilisables', la fréquence optimum dépendant du rapport entre l'épaisseur de "peau" et l'é- paisseur des parois du tube; ce rapport doit Atre infé- rieur ou égal à "1".
Il a été observé, d'autre part, que le passage du tube en métal magnétique dans le champ à fréquence élevée modifie, si ce tube est froid, au fur et à mesure de son échauffement, les constantes physiques du métal et, notamment, sa perméabilité. En conséquence, le circuit d'alimentation du solénoide, réglé pour les
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conduitions de résonance en charge, se trouve déréglé à ohpque introduction de 1.. tôle froide, pendant le temps nécessaire pour porter le metal à la température voulue, oe qui oblige à prévoir des appareils de réglage préli- minaire et à réduire la vitesse devancement de la sou- dure en retardant 1'établissement du courent de régime.
Le préchauffage du métal du tube prévu dans le procédé tel qu'il a été défini plus haut notamment cet avantage que l'on n'introduit dans le adénoïde que le métal ayaht déjà acquis les constantes physiques qu'il possède à la température qu'il a atteinte à l'intérieur du solénoîde. Le réglage du circuit inducteur devient ainsi indépendant de la vitesse d'avancement du tube, laquelle n'est plus limitée que par le tempe nécessaire au chauffage des lèvres. Le préchauffage en question permet de réaliserune vitesse d'avancement plus grande de la soudure sans changement ni de la fréquenoe, ni du nombre d'ampères-tours inducteurs.
On peut, conformément à 1'invention, obtenir le même résultat aveo le métal froid. Au lieu d'opérer sur le métal chaud ayant perdu toutes ses propriétés magnéti- ques, il y a intérêt, dans certains cas, à empêcher le métal du tube, à son passage à l'intérieur du solénolde inducteur, de prendre une température supérieure à 1. température critique du point de Curie, à l'exception toutefois des lèvres à souder en dehors du solénolde.
On peut, par exemple, réaliser le refroidissement de cette partie du tube su moyen d'un jet d'un fluide approprié dirigé en sens contraire du déplacement du tube.
La conservation d'une certaine perméabilité du mé- tal dans cette partie du tube permet, en outre, d'ut- liser les courants induits à fréquence plus basse, tout en restant dans les limites de fréquence musicale, la fréquence adoptée étant whoiaie de manière qu'elle soit
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compatible avec l'effet de concentration sur les lèvres à souder.
Sur le dessin annexé, on a représenté d'une manière tout-à-fait schématique, à titre d'illustration seulement,, sans aucun caractère limitatif de la portée de l'invention, des modes de mise en oeuvre de celle-ci.
Sur ce dessin !
La fig. 1 représente le mode de réalisation le plus générale
La fig. 2 montre schématiquement de quelle manière se produit le phénomène de concentration des courants induite
La fig. 3 est relative à un autre mode de réalisation dans lequel les galets presseurs sont remplacés par des mâchoires convenables,.
Si l'on se reporte à la fig. 1, on voit que la fabri- cation du tube est réalisée à partir d'une bande 1 de tôle (tôle d'acier par exemple) se déplaçant de manière contenue dans le sens de la flèche F entre des paires successives de galets de pression (la figure ne montre qu'une de ces pai- res de galets 2, 2')qui la façonnent pour 11 amener à la forme d'un tube à bords rapprochés. Conformément à l'in- vention, on dispose, autour du tube en cours de formation, un adénoïde 3 constituant l'enroulement inducteur.
Ce solénoïde, à une ou plusieurs spires, est refroidi par oir- culation d'eu ou d'un autre fluide convenablement choisi et est parcouru par un courant à fréquence élevée.;Au-delà du solénoïde, dans le sens du déplacement de le tôle 1, est disposée une paire de galets 4, 4' produisant le con- tact électrique entre les bords (ou lèvres) rapprochés de la tôle qui a pris déjà, avant ce point, la forme d'un tubeo
Dans la zone centrale du solénolde 3, le tube est le siège de courants induits qui se répartissent dans la masse de métal dudit tube et qui la portent à une température in- férieure à la température de soudure ; enmême temps:
entre les bores rapprochés,mais non encore en contact du tube,
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apparaît une force électromotrice induire qui agit sur le circuit a-c-b et qui y engendre un courant circulant suivant les flèches f; ce courant est d'autant plus in- tense que la fréquence et l'intensité du courant induo- teur sont elles-mêmes plus grandes, que la distance des deux bords en regard est plus faible et que la perméabi- lité magnétique du métpl adjacent est plus élevée.
Les galets de contact 4, 4' doivent tre placés à une certaine distance du plan médian AB du solénoïde dans le sens d'entraînement, leur position étant déterminée de ma- nière que l'on obtienne l'effet optimum. On a, en géné- ral, intérêt à placer le contact en dehors du solénolde eu égard au peu d'espace laissé entre Les spires poun l'introduction d'un organe da pression.
La position des galets 4, 4' qui établissent le con- tact au point o, est fixée, pour un tube de diamètre dé- termine et pour un angle de rapprochement donné des lè- vres à souder, par la valeur de la force électromotrice induite comme il a été dit plus haut. La distance des ge- lets 4, 4' à l'extrémité du solénolde peut être d'autant plus grande que la fréquence et l'intensité du courant inducteur sont elles-mêmes plus grandes. En d'autres termes, la distance du point de contact au solénoïde, ou au plan médian, du solénoïde, est fonction de la fréquence et de l'intensité du courant inducteur pour un métal dé- terminé et pour un tube de calibre donné.
On donne à cette distance une valeur suffisante pour permettre l'obtention de l'effet de concentration recherché, mais la distance précitée ne doit pas être trop grande, car, s'il en était ainsi, les chemins offerts aux courants induits seraient trop longs et l'augmentation d'impédance qui en résulte- rait réduirait l'intensité de ces courants à une valeur inférieure à celle néoessaire pour porter les lèvres du tube à la température de soudure au voisinage du point de contact.
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Au fur et à mesure que le tube en cours de fabrica- tion se députée entre les galets de pression, le oontaot au point 0, où se fait la soudure des deux bords, ae trouve réalisé tout le long de la fente du tube et on obtient une couture continue, les galets 4, 4' restant fixes. La soudure est réalisée au point c par l'effet du phénomène de concentration progressive des courants induits suivant les bords, à partir du adénoïde jusqu'au point de contact c où la température de soudure est atteinte.
La fig,. 2 illustre schématiquement ce phénomène de concentration des courants induits : en s'éloignant du plan médian AB du solénoïde, les "filets" des courants représentés par des lignes pointillées se resserrent pro- gressivement contre les barda pour se rejoindre au point c qui se trouve porté à la température de soudure. A par- tir du plan médian jusqu'au point c, la concentration du courant et la température des borda croissent progressi- vement, grâce à quoi les bords du tube subissent un chauffage préalable avant leur soudure définitive au point o.
La forme de adénoïde représentée sur la fig;. 1 n'est pas la seule qui puisse être utilisée pour la mise en oeuvre de l'invention. On pourra choisir, à titre d'exemple,un adénoïde à spires de diamètre croissant vers les extrémités ou bien même à plusieurs couches établies de façon à renforcer le champ dans la plan mé- dian du adénoïde ou bien enfin utiliser un solénoîde en deux parties de façon à pouvoir placer entre elles les galets de contact, ce qui pourrait être utile dans cer- tains cas en vue de réchauffer et de recuire uniformément tout le tube après sa soudure et d'annuler certaines tensions internes dont il pourrait être le siège.
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Il est manifeste que la constance des résultats obte- nus est fonstion de la régularité de la résistanoe du joint avant et pendant la soudure. Il est dono avantageux d'obtenir, au voisinege du joint et à l'intérieur même du adénoïde lorsque le contact c s'effectue toujours en avant du plan médian AB du solénoîde, mais à l'intérieur de ce adénoïde', un effort de compression constant des lèvres à souder. A cet effet, les galets de pression sont remplacés par des mâchoires, constituées de préférence en matière réfrotire, isolante et résistante au chaud. Ces mâchoires coopèrent avec des organes de commande élastiques de maniera à pouvoir imprimer aux lèvres à souder l'effort de compression voulu.
Elles eont en ouvre conformees in- tériaurement de mainère à donner sux lèvres du tube, avant le contact, l'angle désiré pour 1'utilisation maximum de l'effet de concentration.
On a représenté sur 1. fig. 3 du dessin annexé, à titre purement indicatif, de semblables organes de pres- sion, constitués par deux mâchoires 5, 5' dans lesquelles se trouve encastré le solénoîde 3 parcouru par le courant inducteur à haute fréquence.
Dans ce mode de réalisation, le point de contact c se trouve à l'intérieur du solénolde groe à la forme p-r- ticulière des mâchoires permettant d'exercer la pression sur le tube entre les spires du adénoïde.
Si l'on revient à la fig. 3, on constate que les mâè ohoires 5, 5' qui présentent, sur une certaine partie de leur alésage, un cône convenable de manière à donnen aux lèvres du tube avant contact l'angle désiré, coopèrent aveo des organes de poussée 8, 8' à ressort,, organes oom- mandés eux-mêmes par l'intermédiaire de cames ou exoen- triques 9, 9' susceptibles d'imprimer auxdites mâchoires un léger mouvement de va-et-vient.
L'ensemble précité est supporté par un chariot 10, qui peut coulisser dans le sens des flèches g et coopère
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avec des ressorts de rappel 11, 11'. Dans ces conditions, on comprend que lorsque les mâchoires 5, 5 se rapprochent sous l'action des ressorts qui coopèrent avec les organes de poussée 8, 8, elles rendent le tube 1 solidaire du chariot 10 et provoquent l'entraînement du chariot par le tube dans son mouvement d'avance, ainsi que la compression des ressorts de rappel 11, 11'.
Dès que les mâchoires 5, 5' s'écartent, le chariot 10 est libéré du tube et il est ramené très rapidement à son point de départ par la détente des ressorts 11, 11'. Dès que les mâchoires reviennent en contact avec le tube,, un nouveau cycle de va-et-vient a'établit, et on comprend ainsi que l'on puisse conformer le tube, en le comprimant le long de ses livres, d'une manière constante et sur toute sa lon- gueux;
Il en résulte que la vitesse d'avance du tube est fonc- tion de la masse de métal à échauffer et de ltimportance des courants induits qui devront porter toute la ligne de sou- dure à la température convenable.
D'autre part, on peut concevoir un dispositif de com- mande des mâchboires 5, 5', tel que l'on obtienne un temps de compression beaucoup plus grand que celui nécessaire au - dégagement du chariot.
Le procédé de soudure qui vient d'être décrit comporte le grand avantage d'obtenir une soudure très régulière, sans points brûlés. En effet, du fait de la diminution de la résistance du joint au fur et à mesure que la soudure s'é- tablit, il s'ensuit une auto-régulation de la température qui empêche celle-ci de s'élever exagérément et évite la perforation du tube.
Pour la fabrication de tubes en métal magnétique (fer, acier,, etc..) dont la température de fusion est supérieure au point de Curie, on peut appliquer des dispositions ayant pour effet de donner une perméabilité magnétique plus grande
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au métal, en dehors des trajets de courant servant à chauf- fer les lèvres à souder, afin de faciliter la concentration du courant sur ces dernières. @ cet effet on peut, p.r exemple, refroidir le dos (ou partie opposée à la ligne de soudure) du tube par un courant d'air ou, de préférence, d'un gaz inerte de manière à abaisser la température du tube en dehors de la région des lèvres à souder.
Les galets ou les mâchoires peuvent être rempl@cés, en totalité ou en partie, par des pinces de forme appropriée.
Il y a intérêt, pour diminuer l'oxydation du métal des lèvres à souder, à insuffler un courant de gaz inerte dans le tube à l'endroit où le rapprochement des bords permet l'introduction d'un ajutage approprié de façon que ce gaz s'échappe du tube entre les lèvres portées à une températu- re élevées On peut aussi, dans le marne but, recouvrir les surfaces à souder d'un enduit désoxydant fusible.
Dans certains oas, il peut être avantageux (malgré la diminution de la permeabilité du métl) de préchauffer le métal du tube de façon à n'avoir à fournir par le génera- teur à haute fréquence que 1'énergie réduite nécessaire au surchauffage du contact des lèvres en vue de leur soudure.
Ce préchauffage général préliminaire pourrait être fait soit par des courants à fréquence plus faible, à moyenne ou à basse fréquence, induits dans la tôle formant le tube au moyen de bobinages appropriés tels que 6 et 7 de la fig.
3, soit per tout autre dispositif de chauffage capable de porter le mtal à la temperature préliminaire désirée.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention peut recevoir des applications extrêmement diverses, soit que l'on cherche à obtenir par induction des effets de concentration de chaleur sur des surfaces ou sur des arêtes opposées d'un même corps, soit que l'on veuille chauffer d'une façon continue ou discontinue, une barre de métal quelconque en vue de la modification de sa forme ou de sa -texture physique.