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Un procédé connu de fabrication de tuyaux sans sou- dure en acier inoxydable ou autres métaux dans une presse à filer consiste à introduire un mandrin dans un trou central d'une billette du métal à filer, après avoir chauffé la bil- lette à une température appropriée, et l'avoir disposée dans le cylindre de refoulement de la presse, puis à faire avancer le mandrin dans une position dans laquelle son extrémité antérieure pénètre suivant son axe dans la matrice de filage qui forme avec elle une ouverture annulaire de refoulement.
Puis, lorsque la billette chauffée subit faction d'une pres- sion suffisante exercée par le piston de la presse, le métal est refoulé dans l'ouverture de la matrice autour du mandrin, en formant ainsi le tuyau filé sous pression.
Au cours de cette opération connue, le mandrin subit des efforts de compression très considérables, ainsi que des efforts de traction. Il résulte en particulier de ces der- niers efforts que le diamètre du mandrin ne peut pas être choisi erbitrairement à une faible valeur, principalement parce qu'en raison de la quantité de chaleur qui lui est transmise par le métal à refouler, l'élévation de température du mandrin par unité de temps est d'autant plus forte que le diamètre est moindre, de sorte que la résistance mécanique spécifique d'un mandrin de petit diamètre diminuerait énormé ment avant que l'opération de refoulement soit terminée.
Il a cependant été possible d'obtenir avec une presse à filer d'une capacité maximum de 1500 tonnes et dans laquelle le refoulement peut s'effectuer sous une pression spécifique de 65 à 100 kg/mm2, de fabriquer avec un rapport de réduction de 1 :30 desébauches,- de tuyaux en acier inoxydable conte- nant 18% de chrome et 8% de nickel et d'un diamètre inté-
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rieur ne dépassant pas 33 à 36 mm. Lorsque le diamètre inté- rieur du produit final doit être sensiblement inférieur à cette valeur, l'ébauche du tuyau obtenue dans la presse à refouler doit subir une série d'opérations d'écrouissage dans un laminoir progressif et/ou dans un banc d'étirage.
Mais cet écrouissage est une opération qui prend beaucoup de temps et est coûteuse et qui de plus, lorsque le diamètre intérieur final du produit doit être faible, donne lieu à des pertes considérables de métal au cours des traitements thermiques et opérations de décapage répétés nécessaires.
Lorsqu'il s'agit de fabriquer des tuyaux de faible section, il serait donc intéressant d'être à même de fabriquer dans une presse à filer des ébauches de tuyaux de diamètre inté- rieurs plus petits qu'on n'a pu le faire jusqu'à présent et d'obtenir le diamètre final qu'on désire en réduisant au minimum l'écrouissage à froid.
Ce problème a été résolu suivant l'invention en rem- plaçant le mandrin immobile par un noyau d'un métal autre que celui de la billette, qu'on introduit dans le trou axial de la billette à refouler de façon à former une masse hétérogèn, d'extrusion se composant d'une enveloppe et d'un noyau, et en refoulant ensuite cette masse hétérogène en obtenant ainsi une tige se composant d'un noyau central en forme de tige et d'un tube entourant ce noyau. Après avoir refroidi cette tige refoulée, on retire le noyau du tube ou on l'enlève de toute autre manière, puis on fait subir, s'il y a lieu, à l'ébauche de tuyau ainsi obtenue un écrouissage à froid en quelques opérations, pour obtenir un produit final de dimen- sions plus précises et de caractéristiques améliorées.
Le procédé de l'invention s'applique non seulement à la fabrication de tuyaux ordinaires, c'est-à-dire de tuyaux de section circulaire dont le noyau est au centre, mais enco- re à celle de tuyaux à section d'autres formes, dits tuyaux
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en forme ou profilés.. On prépare dans ce cas de la même ma- nière que pour fabriquer des tuyaux ordinaires une masse d'extrusion hétérogène de dimensions intérieures correspon- dant à celles du cylindre (récipient) de la presse à refouler et se composant d'une enveloppe du métal qui constitue le tuyau dans sa forme finale et d'au moins un noyau enfermé dans l'enveloppe et d'un métal différent,
puis on file cette masse hétérogène en obtenant ainsi une tige qui consiste en un tuyau du premier métal précité dans lequel est enrobée au moins une tige longitudinale du métal du noyau, qu'on enlève ensuite de la tige hétérogène refoulée, par exemple en en tirant ou extrayant la ou les tiges de noyau .
L'invention s'applique aussi à la fabrication de tuyaux compound ou de tuyaux compound profilés. L'enveloppe hétérogène d'extrusion se compose de deux manchons s'ajustant entre eux des métaux respectifs qui constituent le tuyau ou élément compound, en prenant des mesures ,s'il y a lieu pour souder l'un sur l'autre les deux métaux de 1-'enveloppe au cours de l'opération d'extrusion. On retire la ou les tiges de noyau longitudinales de la même manière que pour fabriquer des tuyaux ordinaires ou en forme de construction régulière.
L'invention est décrite en détail ci-après avec les dessins ci-joints à l'appui qui représentent son application à la fabrication de tuyaux ordinaires et sur lesquels :
La figure 1 est une coupe longitudinale des portions intéressées d'une presse d'extrusion dans laquelle est intro- duite une masse hétérogène d'extrusion et dans la position dans laquelle la pression de filage n'a pas encore été exer- cée par le piston de la presse.
La figure 2 représente également en coupe longitudinale la presse dont le piston a pénétré en partie dans le,cylin- dre (récipient):
La figure 3 est une coupe longitudinale de la tige re-
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foulée obtenue, contenant le noyau qui y est enrobé et indi- que de quelle manière on détache les portions de ses extré- mités.
La figure 4 indique schématiquement de quelle manière' on retire le noyau du tube qui l'entoure.
La figure 5 indique de quelle manière on peut réduire les pertes en métal de qualité supérieure en combinaison avec l'opération par laquelle on détanhe les extrémités de la tige refoulée.
La figure 6 est une coupe d'une masse hétérogène d'ex- trusion d'une forme modifiée, et
La figure 7 est une vue en bout d'une masse hétérogène d'extrusion servant à filer sous pression un tube compound.
Le cylindre ou récipient de la presse (figure 1) est désigné par 10, un disque de poussée qui s'ajuste avec préci- sion dans le cylindre de la presse par 12 et un disque annu- laire par 13; Celui-ci est monté sous forme interchangeable dans une monture 14 qui forme le fond du cylindre de la presse et peut en être démonté dans le sens axiale Une enve- loppe extérieure 15 de la masse hétérogène d'extrusion est percée de part en part d'un trou axial, et un noyau 16 est introduit dans le trou de l'enveloppe.
Les surfaces intérieure et extérieure lisses de l'en- veloppe 15 sont tournées de façon à obtenir le diamètre exté- rieur D qui est un peu plus'petit que le diamètre intérieur du cylindre de la presse, pour ménager un jeu suffisant de passage du lubrifiant nécessaire et le diamètre intérieur d est choisi conformément au diamètre intérieur et à l'épaisseur de la paroi que l'ébauche du tuyau final doit avoir. En opé- rant au tour on a la certitude que le trou est centré dans l'axe. Avant d'introduire l'enveloppe 15 dans le cylindre, on la chauffe uniformément à une température suffisante pour lui faire acquérir un degré de plasticité convenant à l'ex-
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trusion.
Si l'enveloppe 15 est en acier inoxydable contenant 18% de chrome et 8% de nickel, il convient de la chauffer à une température d'environ 1260 à 1310 C. Le chauffage peut s'effectuer avantageusement en deux fois, par exemple d'abord dans un four de préchauffage ordinaire sans atmosphère pro- tectrice ou inerte jusqu'à une température d'environ 1000 à 1050 C, puis dans un four à bain de sel jusqu'à la tempéra- ture finale qu'on désire. La mince pellicule d'oxyde qui se forme sur la masse en acier inoxydable.. dans le four de pré- chauffage se réduit dans le four à. bain de sel et on obtient ainsi une masse d'extrusion à la température finale dont la surface extérieure est débarrassée d'oxyde, ainsi qu'il con- vient.
Le noyau 16 est de préférence en un métal relative- ment peu coûteux n'ayant pas tendance à se souder dans une mesure appréciable sur le métal de l'enveloppe à la tempéra- ture de l'opération d'extrusion . Si l'enveloppe est en acier inoxydable de la composition précitée, le noyau peut être en acier à 13% de manganèse. On a même constaté qu'un acier au carbone faiblement allié contenant 0,10 à 0,15% de carbone est un métal convenant à la fabrication du noyau. Le diamètre extérieur DL du noyau doit être inférieur au diamètre inté- rieur d de l'enveloppe qui l'entoure de 1 à 1,5 mm. Si le noyau est obtenu par laminage, il convient de ne pas en enle- ver les battitures dites de laminage, car elles ont tendance à empêcher le noyau de se souder sur l'enveloppe qui l'entou- re.
On préchauffe de préférence le noyau à une température donnant la certitude que sa résistance à la déformation est sensiblement égale ou de préférence légèrement supérieure à celle de l'enveloppe préchauffée. Mais, dans la pratique, on préchauffe le noyau :-- une température légèrement inférieure à la température théorique la plus avantageuse, de 1000 C dans l'exemple choisi, car le noyau subit une certaine éléva- tion de température dans le cylindre de la presse sous l'ef-
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fet de la chaleur transmise par l'enveloppe qui l'entoure, et qui a été chauffée à une température'plus élevée-
Dès que l'enveloppe 15 et le noyau 16 ont été pré- chauffés à la température qu'on désire,
on introduit rapide- ment le noyau dans le trou de l'enveloppe et on introduit rapidement la masse hétérogène d'extrusion dans le cylindre de la presse et on commence immédiatement l'opération d'ex- trusion par le piston 11 de la presse. On obtient par cette ,opération une tige cylindrique 17 contenant eu centre un noyau sensiblement cylindrique 18. On a constaté par expérien- ce que le noyau filé n'est pas de forme exactement cylindri- que, mais est légèrement conique, et que sa section diminue légèrement entre son extrémité antérieure et son extrémité postérieure, ainsi que l'indique la figure 3 à une échelle agrandie.
En fabriquant des tuyaux de cette manière, on a mesuré une variation de l'épaisseur de paroi de tuyaux d'une seule et même longueur ne dépassant pas + 3%
Après que la tige filée sous pression 17,18 s'est refroidie, on met à nu le noyau 18 à son extrémité de grand diamètre en enlevant au tour la portion correspondante du tuyau 17 qui l'entoure (figure 4).
Puis on retire le noyau 18 du tuyau 17 au moyen de deux mtchoires de traction 19 et 20 qui saisissent le noyau 18 à son extrémité de grand diamètre et le tuyau 17 à l'autre extrémité (figure 4). Ainsi, qu'il a déjà été dit, il est indispensable pour pouvoir retirer ou extraire la tige du noyau du tube qui l'entoure, que ces deux éléments ne se soient pas sensiblement soudés l'un sur l'au- tre au cours de l'opération d'extrusion, Outre qu'il est possible de choisir pour le noyau un métal convenant à cet effet;
on peut envisager d'empêcher les éléments de se souder l'un sur l'autre en introduisant entre eux un agent s'oppo- sant à la soudure d'une sorte quelconque, par exemple du gra-
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phite en poudre. De plus, pour que le noyau soit plus facile à retirer du tube, il importe que le métal du noyau subisse une forte contraction élastique, et que par suite son diamè- tre extérieur ait tendance à diminuer lorsqu'il subit un ef- fort de traction pour l'extraire. On peut aussi choisir avan- tageusement pour le noyau un métal dont la limite élastique augmente lorsqu'on le traite à la température ambiante.
Ainsi, qu'il ressort de ce qui précède, au cours de l'opération d'extrusion, le noyau a d'abord tendance à s'écou- ler hors de la filière en formant sur la tige du noyau une portion bombée de sorte qu'il est nécessaire de détacher une portion de son extrémité antérieure pour que l'épaisseur de sa paroi ne subisse pas de variations excessives. A cet effet et pour réduire la perte en métal coûteux du bube qui résul- te de cette coupe , on peut opérer par le procédé indiqué sur la figure 5.
Suivant ce procédé (figure 5), on pose au fond du cylin- dre ou récipient 10, en avant de la masse hétérogène d'extru- sion 15,16, une plaque 21 de préférence d'épaisseur constan- te et consistant en métal se filant sous pression (dite pla- que antérieure) qu'on préchauffe à une température d'extru- sion appropriée avant de l'introduire dans le cylindre ou ré- cipient. Au cours de l'opération d'extrusion, le métal de cette plaque 21 est refoulé tout d'abord par la filière et empêche une quantité excessive du métal du noyau d'y passer au commen- cement de l'opération ultérieure d'extrusion de l'enveloppe et du noyau. Il en résulte qu'on fait une économie considéra- ble du métal coûteux du tube qui doit être détachée de l'ex- trémité antérieure de la tige refoulée.
La plaque antérieure 21 peut aussi être en une seule pièce evec l'enveloppe 15 et être formée par le même métal qu'elle, si on le désire. Il est donc possible de terminer le ou les trous de logement du noyau dans l'enveloppe en un
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point situé à une distance appropriée de son extrémité anté- rieure, comme on le voit sur la figure 6.
De plus, pour diminuer la perte de métal coûteux obtenue en détachant la tige refoulée de la portion tronquée de métal restant dans le cylindre, on peut intercaler d'une manière connue en soi entre le disque de poussée 12 et la masse hétérogène d'extrusion 15, 16 une seconde plaque 22 (dite plaque postérieure) destinée à être refoulée en partie dans la filière ou matrice. Cette plaque postérieure peut également tre préchauffée. Mais il n'est généralement pas nécessaire de la préchauffer car elle subit un chauffage suf- fisant dans le cylindre d'extrusion par conduction de la cha- leur de la masse d'extrusion.
Ainsi qu'il a été dit au commencement, l'invention s'applique aussi à la fabrication de tuyaux compound, en forme ou profilés. La figure 7 est une vue en bout d'une masse d'extrusion hétérogène destinée à fabriquer un tuyau compound circulaire se composant d'une enveloppe extérieure en acier inoxydable et d'une enveloppe ou revêtement intérieur en acier au carbone. Suivant cette forme de réalisation, on for- mel'enveloppe de la masse hétérogène d'extrusion en assem- blant un cylindre extérieur creux 23 en acier inoxydable avec un cylindre intérieur creux 24 en acier eu carbone. On intro- duit dans le trou central de l'enveloppe hétérogène, en l'y ajustant exactement, un noyau 25 en acier au manganèse.
Les surfaces des deux cylindres creux 23 et 24 de l'enveloppe sont débarrassées d'oxyde l'une en face de l'autre de façon à se souder avec certitude l'une sur l'autre pendant l'opéra- tion d'extrusion, tandis que le noyau en acier au manganèse conserve ss couche d'oxyde de laminage pour l'empêcher de se souder sur l'acier au carbone qui l'entoure et permettre de retirer la tige du noyau une fois l'opération d'extrusion terminée. Mais on peut aussi empêcher ces éléments de se sou- der de la manière décrite précédemment.
On peut assurer la
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soudure de l'acide inoxydable et de l'acier au carbone, par exemple en tournant le cylindre extérieur creux 23 à l'inté-' rieur et le cylindre intérieur creux 24 à l'extérieur exacte- ment au même diamètre, puis en introduisant à froid le,cylin- dre intérieur creux dans le cylindre extérieur creux et en ne les chauffant qu'ensuite à la température d'extrusion nécessaire, en protégeant ainsi contre l'oxydation les surfa- ces métalliques en contact étroit.
Le nouveau procédé de fabrication de tuyaux sans soudure ou de tuyaux métalliques profilés dans une presse d'extrusion sans mandrin d'extrusion s'applique aussi à la fabrication d'ébauche de tuyaux ou profilés en métaux autres que l'acier inoxydable, par exemple en acier résistant à la chaleur, en acier ou alliages résistant aux acides et sus- ceptibles de résister aux fortes pressions et aux températu- res élevées, tels que l'alliage dit "Nymonique". Le nouveau procédé est évidemment applicable aussi à la fabrication de tuyaux ordinaires ou profilés en autres métaux et alliages métalliques.
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