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PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DE TUBES, PAR ENROULEMENT HELICOIDAL D'UNE BANDE.
La présente invention est relative à la fabrication de tubes par enroulement hélicoïdal d'une bande dans un cylindre (les bords des spires ad- jacentes étant en contact les uns avec les autres), puis par soudage bord à bord desdites spires. Jusqu'ici, l'opération de soudage provoquait un refou- lement de métal au-delà de la paroi du tube éloignée de l'arc de soudure, ou autre dispositif analogue, et la formation d'un cordon dénommé, dans les pays de langue anglaise, "root-bead". Un tel bourrelet donne un tube dont la paroi n'est pas lisse. Etant donné que la soudure est faite à l'extérieur, il s'en- suit que l'intérieur du tube n'est pas lisse.
Si on utilise le tube pour transporter un fluide, les irrégularités de surface donnent lieu à un écoule- ment turbulent ; sile fluide est corrosif, de sérieux problèmes de corrosion préférentielle à l'endroit de la soudure et autour de celle-ci se posent. En conséquence, des opérations coûteuses d'usinage ou de rectification étaient nécessaires pour rendre lisse la paroi du tube soudé.
Lorsqu'on utilise, comme matière pour fabriquer le tube, une bande métallique composite du genre formé d'un métal ou alliage de base, plaqué d'un autre métal ou alliage, par exemple de l'acier plaqué de nickel, le métal de placage est communément contaminé par le métal de base par suite de la fusion et de l'interpénétration des métaux pendant l'opération de soudage. Une telle contamination est particulièrement indésirable.
Conformément à la présente invention, on exécute le soudage partie à l'intérieur et partie à l'extérieur, la profondeur de pénétration du métal de soudure à partir de la-surface du tube étant telle, dans chaque cas, que les deux soudures se rejoignent sans qu'il se produise entre elles d'interdif- fusion appréciable. L'une des soudures (ou les deux) est autogène, de manière que l'une des surfaces (ou les deux) soit rendue lisse. De préférence, on exécute une première soudure à partir de l'intérieur du tube (cette soudure ne s'étendant pas, bien entendu, jusqu'à l'extérieur du tube), puis on exécute,
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partir de l'extérieur du tube, une seconde soudure de manière qu'elle rejoi- gne la première sans s'y diffuser dans une mesure appréciable.
Dans ces con- ditions, on évite complètement la formation d'un cordon dé métal, ou "root-bead" sur la paroi opposée à celle sur-laquelle est faite la soudure. Si la bande consiste en métal plaqué, ou doublé, on contrôle les conditions d'exécution' de la soudure de manière telle que les deux soudures se rejoignent à l'endroit de la jonction du métal de base et du métal de revêtement. Pour avoir la cer- titude qu'il ne se produit sensiblement aucune interdiffusion des deux-soudu- res, il est nécessaire de régler les variables de l'opération de soudage, par exemple la tension et l'intensité du courant, et de les choisir en corrélation avec la vitesse de déplacement de la bande.
'application de l'invention et l'utilisation de la soudure autogène permettent de produire un tube ayant une paroi interne et une paroi externe lisses.
On exécute de préférence la soudure au moyen d'arcs électriques pro- tégés par un gaz inerte, l'hélium ou l'argon par exemple. Pour éxécuter la ou les soudures autogènes, il convient d'utiliser une électrode en tungstène qui n'est pas brûlée dans l'arc.
Si la condition principale à remplir est que la surface interne du tube soit lisse, mais s'il faut que la soudure dans son ensemble possède une résistance élevée comme c'est le cas, par exemple, pour les tubes de ca- talyse travaillant à des températures élevées, on peut renforcer la soudure extérieure par addition d'un fil ou d'une bande d'apport que l'on peut faire avancer dans l'arc au moyen d'un mécanisme automatique. On peut, en outre, utiliser une électrode qui fond dans l'arc. En pareil cas, il est de peu d'im- . portance que la surface externe ne soit pas lisse, et un cordon de soudure de renforcement en saillie, tel que celui produit par l'utilisation d'un fil ou d'une bande d'apport, augmente la résistance de la soudure sans compromettre l'utilité du tube.
Il peut être désirable aussi de produire des tubes dans lesquels la soudure intérieure soit renforcée par un fil ou une bande d'apport ou bien par le métal de l'électrode en vue du renforcement de la soudure, tan- dis que la soudure extérieure doit être sensiblement lisse, sans faire saillie sur la surface extérieure du tube. De tels tubes peuvent également être fa- briqués par le procédé objet de l'invention.
L'invention est particulièrement applicable à la fabrication de tubes en nickel, en alliage de nickel contenant du cuivre ou contenant du chrome, en acier inoxydable, en cuivre et en alliages de cuivre contenant du nickel. Des exemples de métaux plaqués ou doublés auxquels l'invention est particulièrement applicable sont l'acier plaqué de nickel,un alliage nickel- cuivre ou un alliage nickel-chrome-fer ou le nickel plaqué d'alliages analo- gues.
L'invention a aussi pour objet l'appareil au moyen duquel on peut fabriquer les tubes, cet appareil comprenant un cylindre formateur avec une ouverture en forme de fente à travers laquelle la bande est introduite de ma- nière qu'elle constitue un garnissage qui se déplace axialement travers le cylindre et hors de celui-ci, une première tête de soudage logée à l'intérieur du cylindre pour souder les bords en contact de la bande hélicoîdale à partir de la surface interne et une seconde tête de soudage placée à l'extérieur du cylindre formateur pour achever la soudure des bords en contact.
On va décrire plus complètement l'invention en se référant au des- sin annexé, sur lequel ;
La figure 1 est un schéma illustrant le procédé;
La figure 2 est une coupe transversale du cylindre formateur et' du mécanisme amenant la bande audit cylindre;
La figure 3 est une coupe par 111-111-de.la figure 2;
La figure 4 est une vue en perspective de la tête de soudage inté- rieure;
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La figure 5, enfin, est une coupe transversale de la tête représen- tée sur la figure 4.
Le principe de l'opération est représenté schématiquement'sur'-la figure 1. Une bande métallique 10 est amenée tangentiellement dans un cylin- dre formateur fixe 11 à travers une fente en faisant avec l'axe du cylindre un angle tel que ladite bande forme un garnissage cylindrique sur le cylindre 11; en d'autres termes, la'bande est amenée à former une hélice tubulaire à' bords jointifs. On soude ces bords par l'intérieur au moyen d'une première tête de soudage 15 de manière qu'un tube 14 partiellement soudé sorte du cy- lindre 11. On achève le soudage par l'extérieur au moyen d'une seconde tête de soudage 18.
Les figures 2 et 3 montrent de quelle manière la bande est intrc - duite dans le cylindre 11. La bande 10, qui a des bords d'équerre, est ame- née par des rouleaux 32 le long d'un guide 31 d'auto-alignement dans la fente (figurée en 13) du cylindre. Cette fente est parallèle à l'axe du cylindre et tangente à la surface cylindrique interne. L'angle latéral d'entrée 12 de la bande dans le cylindre 11, c'est-à-dire l'angle que fait la ligne mé- diane de la bande avec l'axe du cylindre, doit être tel que les bords des spi- res hélicoïdales adjacentes de la bande viennent en contact. Cet angle est déterminé par la largeur de la bande et le diamètre extérieur du tube qu'il s'agit de fabriquer :pour une largeur donnée de bande et pour un diamètre final donné, il n'y a qu'un seul angle d'entrée.
La bande 10 glisse sur la surface interne du cylindre et, pour fa- ciliter ce glissement, on peut appliquer sur la surface de la bande un lubri- fiant tel, par exemple que du graphite en lamelles.
Il faut que le cylindre formateur soit assez long pour supporter le tube hélicoïdal partiellement soudé jusqu'à ce que la première soudure se soit solidifiée. Dans les conditions habituelles de soudure et de vitesse de déplacement de la bande, le cylindre n'a pas besoin d'avoir une longueur supérieure à celle de 1,5à 2 tours ou spires de la bande.
La première tête de soudage 15 comprend une électrode 16 maintenue entre deux rouleaux 19 qui sont rainurés pour recevoir ladite électrode. On prévoit plusieurs jeux de rainures de dimensions diverses pour permettre l'u- tilisation d'électrodes de diamètres différents. Les rouleaux 19 sont montés à l'intérieur d'un bloc 35 refroidi par de l'eau; une vis 21 permet d'appli- quer une pression sur les rouleaux et de maintenir fermement l'électrode.
Les rouleaux portent des roues dentées 22 engrenant entre elles et l'un des rouleaux se prolonge par un arbre 24 qui porte une poignée à. son extrémité libre. Cet arbre fait saillie à l'extérieur du cylindre et on le fait tourner pour régler la distance entre le bout de l'électrode 16 et la bande. Un man- chon 25, percé d'un trou axial de même diamètre que l'électrode, se visse dans le bloc 35 et sert de guide pour empêcher le déplacement latéral de l'électro- de pendant le réglage. Un gaz inerte, de l'hélium ou de l'argon par exemple, est amené dans le bloc par un'passage 23 qui le conduit dans une gorge annu- laire 37 ménagée dans l'extrémité du manchon 25. De cette gorge, le gaz s'é- coule dans des passages étroits 34, pratiqués dans ledit manchon, vers l'in- térieur d'une cuvette 26 qui dirige le gaz autour de l'arc de soudure.
L'ex- trémité supérieure du manchon 25 comprime un tampon de matière de garniture contre l'électrode et empêche l'échappement du gaz inerte à travers le boîtier.
Le bloc 35 est porté par un tube 27 dont on peut régler la position la fois verticalement et horizontalement de manière que l'on puisse, non seulement déplacer l'électrode 16 par rapport au bloc 35, mais aussi dépla- cer tout le bloc d'une seule pièce dans un sens quelconque pour un réglage précis. Le tube 27 renferme non seulement l'arbre 24, mais encore un tube 36, dans lequel circule l'eau de refroidissement, et un tube 38,'qui amène le gaz inerte au passage 23.
La seconde tête de soudage 18 est construite de la même manière que la première et est portée par un tube 28.
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On peut, par exemple, faire un tube en alliage nickel-cuivre, con- tenant environ deux parties de nickel par.partie de cuivre, dans les condi'- tions suivantes :
EMI4.1
<tb> Epaisseur <SEP> de <SEP> la <SEP> bande <SEP> 6 <SEP> mm
<tb>
EMI4.2
Vitesse de soudage .......................: 237,5 5 mm. par minute
EMI4.3
<tb> Gourant <SEP> de <SEP> première <SEP> soudure <SEP> ................ <SEP> 235 <SEP> ampères <SEP> (courant
<tb>
<tb> continu)
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> deuxième <SEP> soudure................ <SEP> 235 <SEP> ampères <SEP> (courant
<tb>
<tb> continu)
<tb>
<tb> Tension <SEP> de <SEP> soudage <SEP> 20 <SEP> volts
<tb>
<tb> Gaz <SEP> inerte <SEP> protecteur <SEP> ...................... <SEP> Hélium <SEP> à <SEP> 99,8% <SEP> de <SEP> pureté.
<tb>
Comme exemple d'application de l'invention au métal plaqué ou dou- blé, on peut transformer en tube, de manière satisfaisante, dans les condi - tions suivantes, une bande d'acier de 5 mm d'épaisseur plaquée d'une couche de nickel de 1,25 mm d'épaisseur :
EMI4.4
<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> soudage......................... <SEP> 50 <SEP> cm <SEP> par <SEP> minute
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> première <SEP> soudure <SEP> 160 <SEP> ampères <SEP> (courant
<tb>
<tb> continu)
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> deuxième <SEP> soudure................ <SEP> 320 <SEP> ampères <SEP> (courant
<tb>
<tb> . <SEP> continu)
<tb>
<tb> Tension <SEP> de <SEP> soudage <SEP> ........................ <SEP> 20 <SEP> volts
<tb>
<tb> Gaz <SEP> inerte <SEP> protecteur <SEP> ..................... <SEP> Hélium <SEP> a <SEP> 99,8% <SEP> de <SEP> pureté.
<tb>
La largeur de la bande n'a pas d'importance : des largeurs de 15 à 30 cm conviennent pour la fabrication de tubes de 7,5 à 45 cm de diamètre intérieur.
On peut, grâce è l'invention, fabriauer des tubes ayant des épais- seurs de paroi et des diamètres très différents et, en particulier, des tubes de diamètre supérieur à celui que.l'on peut produirel'échelle industrielle par d'autres procédés, par exemple par extrusion (ou filage à la presse), par perçage ou par étirage. Le diamètre intérieur minimum que l'on peut pro- duire avec la tête de première soudure représentée sur les figures 4 et 5 est d'environ 10 cm. On peut fabriquer des tubes ayant un diamètre intérieur plus faiôle, allant jusque 10 mm., en n'introduisant par -l'extrémité ouverte du cylindre formateur que l'électrode elle-même et en la supportant, et en la connandant, de l'extérieur dudit cylindre.
L'électrode peut être entourée d'une chemise servant à conduire le gaz inerte'jusqu'à l'arc; si le tube est de très petit diamètre, son intérieur tout entier peut être rempli de gaz inerte.