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PROCEDE DE FABRICATION DE TUBES SOUDES A PARTIR D'UNE BANDE DE METAL.
La présente invention concerne un procédé de fabrication de tubes à partir d'une bande de métal et plus particulièrement., de tubes sou- déso
Le but de cette invention est en particulier de fabriquer des tubes facilement et pour une dépense moindre et d'obtenir en même temps un tube soudé perfectionné dont le joint soudé présente le minimum de bavures à l'epdroit de la soudure. A cet effets deux tubes initialement en une seule et même pièce, sont formés à partir d'une seule bande de métal, en un seul passage de la bande dans un appareil à former les tubes et avec une seule opération de soudure.
La bande est façonnée de telle sorte que ses parties qui présentent les interfaces destinées à être soudées sont en prin- cipe amenées perpendiculairement l'une à 1-'autre et qu'il est ainsi possible de les maintenir efficacement l'une contre l'autre sans déformation, et d'effectuer une soudure sur la totalité de l'étendue des-faces de contact avec le minimum de bavures ou de saillies=
Conformément au présent procédé, la bande est travaillée de telle sorte que les tubes peuvent être façonnés par des forces uniquement extérieures et être maintenus en position de soudage par des forces égale- ment extérieures. En utilisant une seule bande, le coût de- la matière en bande se trouve réduit et les tolérances de dimensions n'ont pas besoin d'être aussi étroites. De plus, on évite toute perte dé matière.
Une fois les deux tubes ainsi formés et les interfaces réunis par soudure, on sec- tionne l'ensemble de tubes combinés, ce qui donne deux tubes dont chacun peut ensuite être soumis à une opération de façonnage ou de calibrage des- tinée à lui donner une forme sensiblement circulaire en section transversa- leo
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On décrira ci-après l'invention en se référant aux dessins an- nexés, sur lesquels
La figure 1 est un schéma général d'une machine à façonner les tubes et d'un appareil de soudage,
La figure 2 est une vue représentant les galets sectionneurs, les filières de calibrage et le refroidisseur qui, normalement, est disposé dans le prolongement de la machine et de la soudeuse de la figure 1,
La figure 3 est une coupe par la ligne 3-3 de la figure 1 et représente la première paire de galets fagonneurs et le travail effectué sur la bande par ces rouleaux.
La figure 4 est une coupe semblable à la figure 3 par la ligne 4-4 de la figure 1, et représente la seconde série de galets façonneurs et le travail qu.'ils effectuent sur la bande.,
La figure 5 est une coupe par la ligne 5-5 de la figure 1 et représente le travail éffectué sur la bande par la troisième série de galets
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façonneurs,
La figure 6 est une coupe par la ligne 6-6 de la figure 1, et représente la bande en cours de façonnage par la quatrième série de ga- lets façonneurs,
La figure 7 est une coupe par la ligne 7-7 de la figure 1, et représente le travail effectué sur la bande par la cinquième série de galets façonneurs,
La figure 8 est une coupe par la ligne 8-8 de la figure 1,
et représente la bande de matière soumise à l'action de la série finale de ga- lets fagonneurs,
La figure 9 est une coupe par la ligne 9-9 de la figure 1, et représente les électrodes finales,
La figure 10 est une coupe par la ligne 10-10 de figure 2., et représente le tube double disposé entre les galets sectionneurs9
La figure 11 est une coupe par la ligne 11-11 de la figure 2 et montre l'opération de sectionnement terminéeo
La figure 12 est une coupe transversable, à plus grande échel- le, représentant un tube terminé mais n'ayant pas encore été soumis à l'opé- ration de calibrage,
La figure 13 est une coupe transversale d'un tube fini et re- présente par une ligne de traits discontinus l'emplacement approximatif de la soudureo
La bande de métal, désignée par 1,
peut être déroulée d'une bobine 2 et entraînée à travers le laminoir ou machine à façonner les tubes.
Ordinairement, la bande est en acier, mais l'invention est évidemment appli- cable à d'autres métaux. Le laminoir à tubes comprend une série de rouleaux ou galets façonneurs agissant successivement-sur la-bande. On a représen- té sur les dessins six paires différentes de galets façonneurs, mais le nom- bre de ces galets est évidemment susceptible d'être augmenté ou diminué se- lon les besoins pour travailler convenablement une bande de métal donnéeo Les galets façonneurs de la première paire sont désignés par ¯4 et 5. et sont de préférence disposés avec leurs axes horizontaux. Ils sont pourvus de surfaces inclinées 6 et 7. dont le rôle est de plier le métal près de ses
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bords., comme représenté à la figure 3.
Un des bords de la bande est plié dans une direction et l'autre dans la direction opposée., par rapport à la partie centrale qui reste sensiblement plateo
Les galets 10, 11 de la seconde série possèdent des profils périphériques complémentaires, comme représenté à la figure 4. Ces galets sont pourvus de surfaces courbes 12 et 13 destinées à donner à des portions de la bande une forme circulaire 14,dont le rayon est approximativement
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celui du-tube tt9on 'vent obtenir, tout en plaçant les portions de bord de la bande, comme représenté en 12 et 5,
a dans des positions sensiblement perpendiculaires à la partie centrale de cette bande et de telle sorte quelles soient planes et se raccordent à peu près tangentiellement aux courbes qui s'étendent approximativement sur un angle de 90 degréso
Les autres séries ou trains de galets façonneurs sont de pré- férence disposés avec leurs axes verticaux et les galets du train suivant ont été indiqués en--22 et 180 Ces galets sont de forme telle qu'ils con- tinuent le cintrage des portions de bord de la bande de la manière indiquée à la figure 5. La paire suivante de galets cintreurs 20 et 21 continue le- cintrage de la bande, de sorte que, comme représenté à la figure 6, l'éten- due de chaque portion cintrée atteint un arc de 180 degrés environ.
La
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paire suivante¯ de galets cintreurs (figure 7)., désignés par 23. et 9 con- tinue le- cintrage de la fagon indiquée à la figure 7. La paire finale de galets cintreurs 26 et 27 de figure 8 termine le façonnage de la bande., les portions près des bords étant alors placées avec leurs faces de champ
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contre la partie centrale de la bande.
Ces portions 12 et Ma sont approxi- mativement¯ perpendiculaires à la partie intermédiaire de- la bande et sont déplacées l'une par rapport à l'autre d'une.distance approximativement égale à l'épaisseur de la bandede sorte que la surface extérieure de la portion...12. et la surface extérieure de la portion. 15.1! sont en principe en alignemento
Ceci termine l'opération de façonnage de la bande qui est alors en principe à sa forme géométrique finale.
On notera que les portions
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près des bords 12 et Ma sont restées planes.}> c'est-à-dîre qu-le-lles7 n"ont pas été cintrées- a, partir de la état plat initial de la bande, et l'on no- tera aussi que la partie centrale oU. intermédiaire de la bande est restée plane, alors que les portions qui sont situées de part et d'autre de cette partie intermédiaire et entre celle-ci et les.portions extrêmes ont été cintrées suivant un arc de cercle d'environ 270 degrés.
La bande ainsi formée en deux tubes ou sections de tube, dé= signée par a et b est 'soumise à une opération de soudageà l'aide d'une soudeuse qui est-disposée en aval du laminoir à tubes, comme montré à la figure 1, de telle sorte que la bande façonnée pénètre directement dans la soudeuse. Comme représenta' à la figure 1, la soudeuse- est du type dans lequel on chauffe la bande par résistance électrique, le courant électri- que passant dans ladite bande dans-la direction- de-sa longueur. La soudeu-
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se comprend une paire- de galets-électrodes eet 31.. une seconde paire de galets -électrodes 2 et 33. et une- paire finale de galets-électrodes 3 35.
En-36 est indiqué un- transformateur approprié dont le secondaire est connecté- d'an côté, par un conducteur 31s aux électrodes Q-11 et :M:-J2, alors que, de l'autre côté., il est connecté par un conducteur 38 aux élec-
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trodes intermédiaires 32-33. Le courant électrique passe des électrodes 2Q=.2ls par l'intermédiaire-de la bande façonnée-3 aux électrodes 32-33 et passe également des électrodes- ±±-ij±, par l'intermédiaire de- la bande fa- çonnée aux électrodes 32-jj, les- impulsions alternées- du courant alternatif circulant en oppositions L'énergie électrique appliquée- est telle qt' elle- porte le- métal à la- température-dé'soudage.
Les électrodes finales 3-35, comme représenté à la figure 9, exercent une poussée convenable pour forcer les face& de champ des portions
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droites 15 et 15a contre les faces opposées de la partie intermédiaire de la bande, et souder ainsi les interfaces entre elles Une poussée convenable peut être exercée sans qu'il soit nécessaire de supporter les deux tubes intérieurement parce que les portions 15 et 15a sont rectilignes et perpen- diculaires ou sensiblement perpendiculaires à la partie intermédiaire de la bandeo
L'ensemble soudé se déplace alors à travers le dispositif sec- tionneur, représenté à la figure 2, qui peut être composé de galets section- neurs 38 et 39.
Ces¯ galets se chevauchent légèrement et cisaillent la ban - de, comme représenté à la figure 11, dans le plan des surfaces extérieures des deux portions planes 15 et 15a. On obtient ainsi deux tubes ayant cha- cun la forme-indiquée par la figure 12 à grande échelleo Sur cette figure, la ligne de soudure est indiquée en x et le plan de cisaillement en v. On évite ainsi toute matière perdue ou déchet et chaque tube présente des portions planes faisant entre elles un angle de 90 degrés environ. En aval des galets sectionneurs, les deux tubes a et b peuvent être écartés l'un de l'autre dans une certaine mesure et chacun d'eux peut passer à travers une filière de calibrage 40,41, respectivement.
Chacune de ces filières présente une entrée conique 42 qui va en se rétrécissant progressivement en section et qui, à son extrémité-de sortie,, est circulaire lorsqu'on dé- sire obtenir un tube circulaire. Les tubes sont tirés et forcés à travers ces filières et la forme qu'ils possédaient avant leur entrée dans ces dernières, et qui est celle représentée à la figure 12, est ainsi corrigée et rendue circulaire (figure 13). Dans. cette action, l'emplacement de la soudure x est amené dans une position telle que celle indiquée par la li- gne discontinue x' de la figure 13.
De plus-,\1 comme le tuba n'este pas sup- porté intérieurement et qu'il existe un léger excès de métal au sommet de l'angle représente à la figure 12, une légère saillie du métal,\1 telle que celle indiquée en z, est susceptible- de se former à. l'intérieur du tube (figure 13).
L'opération de cisaillement et l'opération de calibrage s'ef- fectuent de préférence, aussitôt après que la bande façonnée sort de- la sou- deuse et pendant que les tubes sont encore chauds. Par conséquente immé- diatement en aval des filières de conformation les tubes peuvent être dépla- cés à travers un refroidisseur 45 qui a été représenté à la figure 2 comme étant du type à chemise de circulation:, dans laquelle un fluide réfrigérant tel que l'eau est admis à la chemise par un tuyau 46 et s'en échappe par un tuyau 47. Près de l'extrémité de sortie du refroidisseur est disposé un train final-de- galets d'entraînement qui tirent la bande et les tubes à travers les galets sectionneurs et à travers les filières de conformation.
A la figure 2, on a représenté un train de galets d'entraînement 48 pour le tube a et un. train semblabe de galets 49 pour le tube b. Bien entendu, certains des galets façonneurs- du laminoir à tubes sont commandés, de sor- te, que les galets d'entraînement finals ne tirent paa nécessairement la bande à travers le laminoir à tubeso Bien qu'il soit ordinairement dési- rable d'obtenir des tubes ayant une forme circulaire en section, la forma- tion. proprement dite des tubes par le présent procédé est terminée avant que ces tubes aient- été arrondis à la forme circulaire Les tubes peuvent être utilisés sous la forme représentée.-à la figure 12.
Un tube de ce gen- re peut êtreutilisable dans un- 'échangeur de chaleur tel qu'on en utilise) par exemple, dans l'industrie de la réfrigération, dans lequel une face pla- te du tube peut être appliquée et fixée sur la surface d'une tôle de dissi- pation de chaleur.
Comme les deux tubes sont faits à partir d'une seule bande., la matière première coûte moins cher que s'il s'agissait de deux bandes puisque lea opérations de fabrication de la bande se trouvent réduites. De plus;, le$ tolérances dans les dimensions de la bande n'ont pas- besoin d'être aussi étroites. En outre, la fabrication peut être réalisée à une vitesse- relativement élevée, de sorte qu'on obtient non seulement deux tubes dans
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un seul passage d'une bande unique à travers l'appareil, mais que la fabri- cation des deux tubes peut être effectuée plus rapidement.
La présente invention est en particulier avantageusement appli- cable aux tubes da petite section, par exemple aux tubes dont le diamètre extérieur est de l'ordre de 4,7 mm. à 7,9mm, bien qu'elle ne soit évidemment pas limitée à des tubes de petite section.
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METHOD OF MANUFACTURING WELDED TUBES FROM A BAND OF METAL.
The present invention relates to a process for manufacturing tubes from a strip of metal and more particularly to welded tubes.
The object of this invention is in particular to manufacture tubes easily and at a lower expense and at the same time to obtain an improved welded tube, the welded joint of which has the minimum amount of burrs at the weld. To this end, two tubes, initially in one and the same part, are formed from a single strip of metal, in a single passage of the strip through an apparatus for forming the tubes and with a single welding operation.
The strip is shaped in such a way that its parts which have the interfaces to be welded are in principle brought perpendicular to one another and thus it is possible to hold them effectively against each other. other without deformation, and perform a weld over the entire extent of the contact faces with the minimum of burrs or protrusions =
In accordance with the present method, the strip is worked so that the tubes can be shaped by external forces only and be held in the welding position by also external forces. By using a single strip, the cost of the strip material is reduced and the dimensional tolerances do not need to be so tight. In addition, any loss of material is avoided.
Once the two tubes thus formed and the interfaces united by welding, the combined set of tubes is sectioned off, which gives two tubes, each of which can then be subjected to a shaping or calibration operation intended to give it a substantially circular shape in cross section
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The invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which
Figure 1 is a general diagram of a tube forming machine and a welding apparatus,
FIG. 2 is a view showing the sectioning rollers, the calibration dies and the cooler which, normally, is arranged in the extension of the machine and the welder of FIG. 1,
Figure 3 is a section through line 3-3 of Figure 1 and shows the first pair of shaping rollers and the work done on the web by these rollers.
Figure 4 is a section similar to Figure 3 taken on line 4-4 of Figure 1, and shows the second set of shaping rollers and the work they do on the web.
Figure 5 is a section through line 5-5 of Figure 1 and shows the work done on the belt by the third series of rollers
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shapers,
Figure 6 is a section taken on line 6-6 of Figure 1, and shows the web being shaped by the fourth series of shaping rollers,
Figure 7 is a section taken on line 7-7 of Figure 1, and shows the work done on the web by the fifth series of shaping rollers,
Figure 8 is a section through line 8-8 of Figure 1,
and represents the strip of material subjected to the action of the final series of shaping rollers,
Figure 9 is a section through line 9-9 of Figure 1, and shows the final electrodes,
Figure 10 is a section through line 10-10 of Figure 2., and shows the double tube arranged between the sectioning rollers9
Figure 11 is a section through line 11-11 of Figure 2 and shows the sectioning operation completed.
FIG. 12 is a cross section, on a larger scale, showing a tube which has been completed but which has not yet been subjected to the calibration operation,
Figure 13 is a cross section of a finished tube and shown by a dashed line the approximate location of the weld
The metal strip, designated by 1,
can be unwound from a coil 2 and driven through the rolling mill or tube forming machine.
Usually the strip is made of steel, but the invention is obviously applicable to other metals. The tube rolling mill comprises a series of rollers or shaping rollers acting successively on the strip. Six different pairs of shaping rollers have been shown in the drawings, but the number of these rollers is obviously liable to be increased or decreased according to the needs to properly work a given strip of metal. first pair are designated by ¯4 and 5. and are preferably arranged with their axes horizontal. They are provided with inclined surfaces 6 and 7. whose role is to bend the metal near its
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edges., as shown in Figure 3.
One of the edges of the strip is bent in one direction and the other in the opposite direction., With respect to the central part which remains substantially flato
The rollers 10, 11 of the second series have complementary peripheral profiles, as shown in FIG. 4. These rollers are provided with curved surfaces 12 and 13 intended to give portions of the strip a circular shape 14, the radius of which is approximately
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that of the tube tt9on 'vent obtain, while placing the edge portions of the strip, as shown in 12 and 5,
a in positions substantially perpendicular to the central part of this strip and such that they are plane and merge approximately tangentially to the curves which extend approximately over an angle of 90 degrees.
The other series or trains of shaping rollers are preferably arranged with their vertical axes and the rollers of the following train have been indicated at - 22 and 180 These rollers are shaped such that they continue the bending of the portions of edge of the strip as shown in Fig. 5. The next pair of bending rollers 20 and 21 continue to bend the web so that, as shown in Fig. 6, the extent of each bent portion reaches an arc of about 180 degrees.
The
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The next pair of bending rollers (figure 7), denoted by 23. and 9 continue bending in the manner shown in figure 7. The final pair of bending rollers 26 and 27 of figure 8 completes the shaping of the band., the portions near the edges then being placed with their field faces
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against the central part of the strip.
These portions 12 and Ma are approximately ¯ perpendicular to the intermediate part of the strip and are displaced with respect to each other by a distance approximately equal to the thickness of the strip so that the outer surface portion ... 12. and the exterior surface of the portion. 15.1! are in principle aligned
This completes the operation of shaping the strip which is then in principle in its final geometric shape.
Note that the portions
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near edges 12 and Ma have remained flat.}> that is, the-lles7 have not been bent- a, from the initial flat state of the strip, and we will note also that the central or intermediate part of the strip has remained flat, while the portions which are located on either side of this intermediate part and between the latter and the end portions have been bent in an arc of a circle about 270 degrees.
The strip thus formed into two tubes or tube sections, denoted by a and b, is subjected to a welding operation using a welder which is placed downstream of the tube rolling mill, as shown in figure 1, so that the shaped strip directly enters the welder. As shown in Figure 1, the welder is of the type in which the strip is heated by electrical resistance, the electric current flowing through said strip in the direction of its length. The welder
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comprises a pair of electrode rollers and 31 .. a second pair of electrode rollers 2 and 33. and a final pair of electrode rollers 3 35.
In-36 is indicated a- suitable transformer whose secondary is connected- on the side, by a conductor 31s to the electrodes Q-11 and: M: -J2, while, on the other side., It is connected by a driver 38 to elect-
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intermediate trodes 32-33. The electric current passes from the electrodes 2Q = .2ls through-the shaped strip-3 to the electrodes 32-33 and also passes from the electrodes- ± ± -ij ±, through the- shaped strip to the electrodes 32-jj, the- alternating pulses- of the alternating current flowing in opposites The electrical energy applied- is such that it- brings the- metal to the- soldering-temperature.
The final electrodes 3-35, as shown in Figure 9, exert a suitable thrust to force the face & field portions of the
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15 and 15a against the opposite faces of the intermediate part of the strip, and thus weld the interfaces between them A suitable thrust can be exerted without it being necessary to support the two tubes internally because the portions 15 and 15a are rectilinear and perpendicular or substantially perpendicular to the intermediate part of the bando
The welded assembly then moves through the sectioning device, shown in FIG. 2, which can be made up of sectioning rollers 38 and 39.
These rollers overlap slightly and shear the belt, as shown in Figure 11, in the plane of the outer surfaces of the two flat portions 15 and 15a. Two tubes are thus obtained, each having the shape indicated by FIG. 12 on a large scale. In this figure, the weld line is indicated at x and the shear plane at v. This prevents any lost material or waste and each tube has flat portions forming between them an angle of approximately 90 degrees. Downstream of the sectioning rollers, the two tubes a and b can be spaced from each other to a certain extent and each of them can pass through a sizing die 40,41, respectively.
Each of these dies has a conical inlet 42 which tapers progressively in section and which, at its outlet end, is circular when it is desired to obtain a circular tube. The tubes are pulled and forced through these dies and the shape they had before entering them, and which is that shown in Figure 12, is thus corrected and made circular (Figure 13). In. This action causes the location of the weld x to be brought to a position such as that indicated by the broken line x 'in FIG. 13.
In addition -, \ 1 as the tuba is not supported internally and there is a slight excess of metal at the apex of the angle represents in figure 12, a slight protrusion of the metal, \ 1 such as that indicated in z, is likely to form at. inside the tube (figure 13).
The shearing operation and the sizing operation are preferably carried out immediately after the shaped strip exits the welder and while the tubes are still hot. Consequently immediately downstream of the shaping dies the tubes can be moved through a cooler 45 which has been shown in Figure 2 as being of the circulation jacket type :, in which a refrigerant such as water is admitted to the jacket through pipe 46 and escapes from it through pipe 47. Near the outlet end of the cooler is a final train of drive rollers which pull the strip and tubes through. the sectioning rollers and through the shaping dies.
In Figure 2, there is shown a train of drive rollers 48 for the tube a and a. Similar roller train 49 for the tube b. Of course, some of the shaping rollers of the tube rolling mill are so controlled that the final drive rolls do not necessarily pull the strip through the tube rolling mill. Although it is usually desirable to do so. obtain tubes having a circular shape in section, the formation. actual tubes by the present process are completed before these tubes have been rounded to the circular shape. The tubes can be used in the shape shown in Figure 12.
A tube of this type can be used in a heat exchanger such as is used, for example, in the refrigeration industry, in which a flat face of the tube can be applied and secured to the tube. surface of a heat dissipating plate.
As the two tubes are made from a single strip, the raw material costs less than if it were two strips since the operations of manufacturing the strip are reduced. In addition, the tolerances in the dimensions of the belt do not need to be so tight. Further, the production can be carried out at a relatively high speed, so that not only two tubes are obtained in
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only one pass of a single strip through the apparatus, but that the fabrication of the two tubes can be carried out more quickly.
The present invention is in particular advantageously applicable to tubes of small cross-section, for example to tubes whose outer diameter is of the order of 4.7 mm. at 7.9mm, although it is obviously not limited to small section tubes.