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BREVET D'INVENTION .procédé de soudage de tubesU
La présente invention a trait au soudage et plus particulièrement au soudage par le procédé utilisant la résistance électrique. Elle se rapporte surtout . la fabrication de tubes ou de tuyaux comportant un joint de soudure.
Ainsi qu'il est bien connu des spécialistes du soudage de tubes, une bande de matière, habituellement en acier, est déplacée longitudinalement à travers un laminoir dans lequel la bande acquiert une section transversale creuse, ses bords opposés étant amenés face à face, et on fait ensuite passer cette forme creuse par un poste de soudage dans lequel elle est soumise à une pression, de sorte que les bords sont amenés en contact bout à bout et dans lequel un courant électrique passe à travers le métal et en travers de la couture, les bords étant ainsi
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chauffés et joints par soudure.
Le coura,nt électrique utilisé est géné@@ lement d'un volta,ge assez bas et d'un ampérage relativement élevé, et des variables, qui autrement pourraient paraître légères, produisent une variation assez grande de l'ampére,ge, et il en résulte des variations dans le joint soudé le long du tube. L'en- droit principal du circuit de soudage dans lequel la variation de la, résistance est prononcée se trouve au contact entre les électrodes et le tube. Un autre facteur produisant des variations dans le joint soudé consiste dans le fait que l'endroit ou point où les bords sont amenés en contact bout à bout, se déplace longitudinalement au cours de la fabrication du tube.
Ce déplacement peut ne pas être important si on en mesure son ampleur, mais on a, trouvé que le point de contact initial se déplace, entre certaines limites, en avant et en arrière pendant que le tube passe à travers la laminoir et le poste de soudage. L'endroit du contact entre les électrodes et le tube reste constant, mais, comme le sommet, ou point de contact initial entre les bords, varie dans le sens de la longueur du tube, ce point de contact peut se déplacer vers le trajet principal du courant entre les électrodes ou àf l'écart de celui-ci. Ce fait produit le long du tube des variations dans le joint soudé.
L'invention a pour objet un procédé perfectionné pour fabriquer des tubes soudés dans lequel les variations du courant dans le circuit de soudage sont réduites au minimum, et dans lequel les variations dans le débit du courant en travers du point de contact des bords provoquées par le déplacement axial dudit point sont réduites au minimum; il en résulte qu'un tube soudé peut être obtenu présentant dans toute sa longueur un joint soudé
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amélioré avec des caractéristiques sensiblement régulières et homogènes. A ces fins, l'invention offre un procédé produisant un contact électrique amélioré entre les électrodes et l'ébauche en cours de déplacement, de sorte que les variations de la résistance au courant électrique par le contact sont égalisées.
La distribution du courant,, ou le trajet principal du (courant passant par le travail en allant d'une électrode à l'autre, est également élar- @ gie axialement par rapport au tube, de sorte que le déplacement axial normal et inévitable du point de.contact des bords ne fera pas dévier ledit point du trajet du courant qui est suffisant pour produire une bonne soudure.
Le procédé produit ainsi un tube amélioré comportant un joint soude s'étendant longitudinalement et a caracteristiques sensiblement régulières, réduisant ainsi au minimum et, quelquefois, éliminant les points défectueux ou faibles dans la couture. Ces buts de l'invention, ainsi que d'autres, seront facilement compris en se reportant à la description détaillée suivante conjointement avec le dessin annexé.
La fig. 1 est une' élévation latérale représentant schématiquement un appareil pour façonner un tube à partir d'une bande de matière et pour le souder.
La fig.2 est une vue transversale agrandie, en coupe, du poste de soudage, sensiblement suivant la ligne 2-2 de la fig. l, et montrant les électrodes et les cylin- dres de pression, le tube étant en position. Les fig. 3,4 et 5 sont des vues @ en coupe de la bande de matière dont on peut se servir pour réaliser l'inventions
La fig. 6'est une vue agrandie en coupe représen- tant les électrodes appliquées au tube.
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La. fige 7 est une vue schématique représentant les zones de contact entre les électrodes et le tube et montrant la distribution ou le trajet du courant à travers le métal contigu à la, couture du tube.
Le, fig. 8 est une vue semblable à la fige 7, représentant comme le point de contact initial entre les bords, sest déplacé axialement dans le sens du mouvement du tube.
La fige 9 est une vue schématique, semblable aux fige 7 et 8, représentant le point de contact des bords, déplacé en une position un peu en avance des zones de contact entre les électrodes et le tube.
La fig. 10 est une vue représentant le déplacement du point de contact des bords hors du trajet du courant concentré entre les électrodes.
Tout d'abord, on fera remarquer que l'invention s'applique à la soudure d'un j.oint de tube aussi bien au courant alternatif quau courant continu. Pour la commodité, l'ébauche est dénommée ci-après tube et cette expression sera comprise comme s'appliquent à un tube ou à un tuyau de n'importe quelle dimension, sans tenir compte du sens distinctif que ces termes peuvent avoir dans l'industrie. A titre d'exemple des conditions auxquelles s'appliquent l'invention, on peut faire remar- quer que pour certains soudages de tubes, la tension utilisée de,ns le circuit de soudage est aussi peu élevé que de 1 1/4 à 4 volts,
tandis que l'ampérage peut être de l'ordre de 60.000 ou 70.000 ampères. Ceci n'est qu'un exemple qui peut varier suivant les différentes machines et les matières différentes utilisées pour l'ébauche et suivant les différentes caractéristiques, la force et la perfection désirées de l'article terminé.
Comme cela est représenté à la. fig. 1, la bande de
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matière est enroulée sous forme de bobèche 1, la bande étant montrée en 3,- et cette bande se déplace dans le sens de la longueur à travers un laminoir à tubes représenté d'une façon générale en 3 se composant d'un certain nombre de cylindres ou de dispositifs de formage des tubes destinés à façonner la bande pour lui donner une forme à section transversale creuse. La bande ayant été ainsi formée, passe par un poste de soudage qui peut se composer d'électrodes 4 et 5 et de cylindres de pression 6 et 7, comme représenté fig. 2. Les bords de la bande sont amenée en contact bout à bout, sous pression, au poste de soudage et le courant passe à travers le métal entre les électrodes,, ce qui échauffe le métal à la température de soudage et, ainsi, soude les bords.
La bande peut être tirée par les cylindres commandés de traction 8 et 9, et même quelques-uns des cylindres, ou tous, peuvent être commandés afin d'aider à la propulsion de la bande dans le sens de la longueur. Le dessin de la fig. 1 est en grande partie schématique, et ne représente pas les détails de construction du laminoir à tubes ou du poste de soudage, ni des cylindres de traction, car les machines à fabriquer les tubes de ce type général sont bien connus des spécialistes dans la partie.
Selon l'invention la bande est traitée de façon à réaliser des perfectionnements dans le procédé et en particulier des perfectionnements ayant trait à la résistance de contact entre les électrodes et l'ébauche et la distribution du courant dans le trajet du courant entre les électrodes. A cette fin, la bande est munie d'une @ couche ou placage sur ces surfaces, ou sur une partie de ses surfaces, afin que les électrodes viennent en contact avec ce revêtement ou placage. La fig. 3 représente
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une section schématique de la bande 2 munie d'un revêtement 15 sur un de ses côtés. La fig. 4 représente la bande munie d'un revêtment ou placage 15 d'un côté, et d'un revêtment ou placage 16 du côté opposé.
La fig,, 5 représente une bande comportant des bandes étroites de revêtement ou de placage, comme représenté en 17. On remarquera, en se reportant aux fig. 2 et 6, que les électrodes 4 et b viennent au contact du tube seulement dans les zones relativement étroites sur les côtés opposés des bords placés bout à bout, de sorte que des bandes étroites de revêtement ou de placage, comme représentées sur la. fig. 2, peuvent suffire. Toutefois, au point de vue pratique, il peut être préférable, ou même être nécessaire, de revêtir un ou peut-être les deux côtes de la. bande, comme représenté sur les fig. 3 et 4.
Le revêtement appliqué sur la, bande est en un métal qui possède,, de préférence, de bonnes qualités conductrices et également en un métal qui maintient une résistance de contact sensiblement constante avec la matière des électrodes malgré les fluctuations habituelles des pressions des électrodes et autres variables mécaniques que l'on rencontre dans ces procédés de soudage. Les électrodes 4 et 5 sont très couramment en cuivre ou en métal cuivreux. Donc, si le revêtement (et l'expression r-evê- tement devra comprendre n'importe quel revêtement ou placage) est en cuivre ou en métal cuivreux, un contact cuivre contre cuivre est établi entreles électrodes et le tube. Avec des tubes en acier, le contact a, jusqu'ici été entre des électrodes cuivreux et de l'acier.
Le changement dans la résistance de contact sera probablement grand, surtout dans le cas de certains alliages d'acier, tels que ceux renfermant du enrome ou au molybdène et qui
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forment une pellicule d'alliage mince mais très adhérente sur la surface de l'acier. Un tel revêtement, convenablement appliqué, remplace les oxydes adhérents ou autres revêtements qui se trouvent normalement sur les aciers, surtout sur les alliages d'aciers. On peut se servir toutefois d'autres métaux de revêtements qui possèdent despropriétés électriques suffisamment élevées pour le but en vue, et qui présentent un bon contact avec les électrodes, comme, par exemple l'argent ou l'or.
De cette façon, les variations dans la résistance au courant dans le circuit de soudage, en travers du contact entre l'ébauche et les électrodes, sont réduites au minimum, ce qui doine un ampérage plus régulier dans le circuit de soudage dont les bords à souder bout à bout font partie.
Le placage ou le revêtement peut être appliqué à la bande de base de fagons différentes, mais il est impor- tant que le placage ou le revêtement soit lié à la bande de base d'une manière tout-à-fait régulière, et présente ainsi des caractéristiques efficaces et sensiblement régulières de conduction électrique entre le placage ou le revêtement et la bande de base. Le placage ou le revêtement peut être électro-dépose sur la bande de base.
Après l'électro-déposition, la bande enduite peut être traitée thermiquement afin de renforcer le lien entre le revêtement ou le placage et la bande de base. Le métal de revêtement peut, toutefois, être appliqué par un procédé à chaud, par exemple en soumettant la bande de base à un bain du métal de placage ou de revêtement. Un exemple d'un autre procédé à chaud consiste à mélanger une poudre du métal de placage ou de revet@@@nt avec un support approprié pour obtenir un mélange sous forme d'une pâte que 1on peut étaler sur la suface de la bande
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de base, puis à, soumettre à un traitement thermique, afin de fondre la poudre, et amener ainsi cette dernière à former un revêtement ou un placage.
Ce procédé de chauf- fa.ge peut s'effectuer dans)une atmosphère de réduction.
Il peut être nécessaire, dans certains cas, de décaper, d'attaquer à. l'acide, de nettoyer au jet de sable ou de préparer autrement la surface de la bande avant d'appliquer le revêtement. Le revêtement métallique peut aussi sappliquer à. la matière dont se compose la bande, ou à certaines de ses parties, par des procédés de pulvérisation métallique, le métal étant pulvérisé sur une surface convenablement préparée. De tels procédés sont connus des spécialistes. Comme le revêtement ou le placa.ge est avant tout destiné au contact électrique avec les électrodes, aucune épaisseur particulière n'est nécessaire.
Cependant, une couche ou un placage mince est préférable afin Qu'aucun métal en excédent ne coule dans la jointure lrosqu'on fait fondrela couche ou le placage contigu aux bords bout à bout. Par exemple, la couche peut se composer d'environ 23 gr de matière de revêtement par m2 de matière à revêtir. Il est généralement peu désirable de laisser du métal de revêtement sur les bords de la bande qui se trouvent bout à bout, et à l'endroit où la soudure devra s'effectuer, pa,rce que ce métal de revêtement peut former alliage avec le métal de la bande et donner à la. soudure des caractéristiques peu désirables, ou bien il peut provoquer une combustion ou former des étincelles peu désirables pendant l'opération de soudage.
Si, au cours du procédé d'application de la couche à la. bande, les bords de la bande se trouvent enduits, il est préférable d'enlever ce revêtement des bords. Ceci peut s'effectuer à l'aide d'outils à couper ou à meuler avant l'opération
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de soudage. Si la couche est appliquée à des bandes lar- ges qui sont ensuite découpées ou fendues aux largeurs désirées, ilne pas être nécessaire d'enlever le revêtement métallique aux bords doupés ou fendus.
Les propriétés conductrices du revêtement servent aussi à provoquer une distribution améliorée du courant entre les électrodes, ainsi qu'il est décrit schémati- quement sur les fig. 7 à 9 inclus. Sur la fig. 7, les zones de contact entre l'ébauche et les électrodes sont représentées en 4a et 5a. En théorie, ce contact se fait suivant une ligne mais, par suite de la pression pro- duite, la zone s'étend axialement par rapport au tube, un peu comme cela est représenté. Le trajet du courant de soudage entre les électrodes est indiqué par les li- gnes de courant représentées sur la fig. 7 et on remar- quera que ce trajet s'allonge quelque peu axialement par rapport aux zones réelles de contact. Si le métal de revêtement possède une conductivité électrique plus élevée que le métal de la bande, le trajet principal du courant s'allongera axialement.
La fig. 7 représente aussi les bords du tube au moment où ils arrivent au contact l'un de l'autre au poste de soudage, en 21. Comme représenté à la fig. 7, le point de contact des bords est situé entre les zones de contact et cette condition faorise une bonne soudure. Toutefois, si le point de contact se déplace soit en avant, soit en arrière, on obtiendra tout de même une bonne soudure pourvu que le point de contact des bords demeure dans la région à cou- rant élevé. Par exemple, tant que ledit point ne se déplace pas au delà du point ou il existe un courant suffisant pour le soudage, ainsi quon peut le voir par les lignes 22 et 23, on peut obtenir une bonne soudure.
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Comme indiqué ci-dessus, la position réelle de ce point de contact des bords se déplace, et elle peut osciller en arrière et en avant axialement par rapport au tube au cours de,la traction dans le sens de la longueur de la, bande et du tube. Ceci peut être dû à. des tolérnnces inévitables dans l'épaisseur et la largeur de le matière.
Sur la fig. 8, pa.r exemple, le point de conta.ct des bords s'est déplacé en avant au delà de la zone réelle de contact entre les électrodes et le tube, mais se trouve encore en dedans des limites permises indiquées par la. ligne 23. Sur la fig. 9, ledit point s'est déplacé en arrière, mais se trouve encore dans le trajet d'un courant suffisant de soudage. La fig. 10 représente le passage du courant en travers des électrodes en l'absnnce d'un revêtement conducteur et on voit que le trajet du courant, suffisant pour le soudage, est plus étroit. En conséquence, lorsque le point de contact des bords est dans la position indiquée, on applique le courant de soudage aux bords une fois que les bords se sont réunis au point de contact.
Si celui-ci/déplace en avant, en une position comme indiquée fig. 8, le courant de soudage est appliqué aux côtés du tube avant que les bords ne soient en contact, et il en résulte qu'une grande partie du courant passera autour du corps du tube et ne traversera pas le joint. En conséquence, avec un revêtement conducteur et, de préférence, uh revêtement à conductibilité relativement élev on peut obtenir des caractéristiques régulières dans toute la longueur de la jointure, même en présence de ce dépla.cement du point de contact des bords.
L'application d'un revêtement métallique à la matière en bande, qui ne possède pas une plus grande con-
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ductibilité électrique que la matière dont se compose la ba.nde, fait partie de la présente invention. Un tel revêtement en métal peut assurer une résistance de contact sensiblement régulière entre les électrodes de soudage et la bande, produisant ainsi les améliorations résultant de conditions plus régulières dans le circuit de soudage.
Toutefois, lorsque le métal du revêtement possède une conductibilité électrique plus élevée que la matière dont la bande est formée, une distribution longitudinale de courant entre les électrodes se produit, ce qui donne les résultats améliorés additionnels décrits plus haut.
La matière du revêtement n'est pas prévue pour jouer le rôle d'un liant, ou similaire, dans la jointure soudée et terminée. Le revêtement ne recouvre pas les bords placés bout à bout et ne pénètre pas dans la jointure au point d'affecter sensiblement la soudure bout à bout, Il peut se faire que la distribution du courant entre les électrodes provoque.certaines pertes de force produisant un abaissement du rendement électrique du procédé de spudage au point de vue de la force consommée par unité de longueur de tube soudé, mais ceci est sans conséquence, étant donné que l'on obtient des caractéristiques de soudage plus régulières dans toute la longueur de la jointure, car on abaisse ainsi le pourcentage en déchets ou rebuts de tubes dûs à des conditions défectueuses de soudage en un ou plusieurs points de leur longueur.