<Desc/Clms Page number 1>
Le problème de la fabrication rationnelle d'un tube à ailettes à ren- dement thermique optimum n'a pas été résolu, jusqu'à présent, de manière satis- faisante.
La fabrication d'un tel tube à ailettes à rendement thermique opti- mum conduit à éliminer d'emblée toutes les solutions connues, qui consistent à obtenir une augmentation de la surface du tube au moyen d'ailettes, en forme de disques ou d'un ruban enroulé en spirale, qu'elles soient emmanchées à la presse ou posées à chaud. Le rendement thermique optimum, tel que l'exige l'utilisation des tubes à ailettes dans les centrales atomiques comportant un refroidissement par gaz, ne peut être atteint que si le matériau choisi pour réaliser l'augmenta- tion de la surface est rendu solidaire du tube de manière homogène, par exemple par soudure.
Il a déjà été proposé de souder sur le tube des disques un par un; mais ce procédé ne permet la fabrication des tubes à ailettes qu'à un rythme fai- ble. Un autre procédé connu consiste.à souder une bande de tôle, profilée en U, sur un tube, dans le sens de la longueur de celui-ci; les conditions d'échange thermique ainsi obtenues sont, toutefois, mauvaises, car, avec cette disposition, le fluide qui absorbe ou dissipe la chaleur ou le froid n'accède pas convenable- ment à toutes les parties des profilés en U. De plus, dans ce dernier procédé, la soudure du profilé en U, destiné à accroître la surface de contact, ne peut être effectuée que par des opérations successives, et, en aucun cas, ne peut être réalisée en une opération continue sur toute la périphérie du tube.
Il a égale- ment été déjà proposé de façonner en U une bande métallique plate et d'enrouler sur un tube, en hélice, le profilé en U ainsi exécuté. Au cours d'une deuxième opération, le profilé en U est réuni au tube par brasage ou soudage, en plon- geant le tube portant'l'enroulement dans un bain métallique.
Tous les procédés connus offrent l'inconvénient de ne pas permettre l'exécution, en une seule opération continue, d'un tube à ailettes à rendement thermique optimum, et, par suite, de ne pas permettre une fabrication économique.
La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients grâce à un procédé de fabrication, extrêmement rationnel et peu coûteux, de tubes à ai- lettes soudées.
Le procédé selon l'invention consiste, en principe, à enrouler, de manière connue en soi, suivant une hélice à faible pas, une bande profilée en U sur la paroi extérieure du tube, et à réaliser une liaison intime, par soudage électrique par résistance, de la surface de base de la bande en U et de la sur- face de tube sur laquelle porte la bande.
Selon une caractéristique de l'invention, la bande profilée en U, et enroulée en hélice, repose sur la paroi du tube sur une portion de la périphérie de celui-ci avant que le fond de la bande en U ne soit soudé à 1a paroiudu tube par soudage électrique par résistance.
Selon une autre caractéristique de l'invention, afin de réduire le plus possible les parcours du courant de soudage sur le tube, le courant de sou- dage est amené d'une part par le galet de soudage et, d'autre .part, par un ou plu- sieurs galets de contact, qui se déplacent très près du galet de soudage.
Dans une forme de réalisation de l'invention, au moins deux bandes profilées en U sont enroulées simultanément sur le tube et soudées sur celui-ci, les galets-électrodes exécutant la soudure étant disposés l'un derrière l'autre dans le sons de la longueur, de manière à rouler chacun sur le fond de l'une des bandes en U enroulées sur le tube.
Quelques exemples de réalisation de l'invention sont représentés au dessin-annexé, dans lequel: la Fig. 1 est une vue en perspective du rouleau, hors duquel la bande métalli- que est déroulée de manière continue;
<Desc/Clms Page number 2>
la Fig. 2 représente, en coupe transversale, la bande profilée en U; la Fig. 3 est une vue de coté du tube, sur lequel une bande profilée en U est sou- dée par un système de galets-électrodes; la Fig. 4 représente en perspective un tube à ailettes, sur lequel sont soudées, suivant une deuxième forme d'exécution de l'invention, deux bandes profilées en U enroulées sous la forme d'une hélice à deux pas ;
la Fig. 5 est une vue schématique en coupe correspondant à la Fig. 4, qui mon- tre deux galets-électrodes branchés sur le transformateur de soudage, l'écartement des ailettes étant choisi de manière à conférer au tube terminé le rendement thermique optimum; la Fig. 6 est une vue analogue à la précédente, mais avec des ailettes plus é- cartées, ce qui permet l'utilisation de galets-électrodes plus ro- bustes, mais ne donne pas le rendement thermique optimum ; la lige 71 et sont des vues schématiques en coupe du tube pendant l'opération de la Fig. 8 soudage, avec galets-électrodes respectivement disposés coté à coté et l'un au-dessus de l'autre; la Fig. 9 représente schématiquement l'opération de soudage exécutée suivant tune autre forme de mise en oemvre de l'invention;
la Fig. 10 est une vue en coupe transversale partielle du tube de la Fig. 9.
La bande métallique plate 2, convenant à l'emboutissage profond, est enroulée sur une grosse bobine 1 et, après déroulement, elle est profilée en forme d'U par des moyens connus, comme représenté à la Fig. 2. La largeur a de la bande est choisie de manière qu'une largeur b reste disponible pour la soudure.
L'augmentation des surfaces d'échange est obtenue grâce aux ailes 3, auxquelles sont données les dimensions optimales nécessaires.
La bande métallique enroulée en hélice sur le tube est réuni à ce- lui-ci de façon homogène, en une seule opération continue sour toute la longueur du tube, par application du procédé de soudage électrique à résistance, au mo- yen d'un système assurant, à l'emplacement de la soudure, le trajet le plus court du courant sur le tube, et qui est constitué par un ou plusieurs galets de contact reposant sur le tube immédiatement à c8té de l'emplacement de la soudure.
Il est %on, à ce propos, de rappeler les notions de "trajet de cou- rant" et de "grosseur des galets de contact de courant".
Lorsqu'on veut souder en hélice sur un tube, en une opération con- tinue, une bande métallique, il n'est pas possible de prévoir, comme d'habitude, pour l'amenée du courant, un galet-électrode (galet de contact) disposé vis-à- vis du galet-électrode de soudage et coopérant avec un mandrin conducteur intro- duit dans le tube. Les meilleures conditions sont obtenues en réduisant le tra- jet de courant à un minimum. C'est pourquoi il est prévu, d'après l'invention, un ou plusieurs galets de contact, disposés immédiatement à c8té du galet de soudage proprement dit.
Lorsqu'un ou plusieurs galets de contact ont avec le tube la même surface de contact que le galet de soudage avec la bande-métallique à remplace- ment de la soudure, il est inévitable qu'aux points où les galets de contact rou- lent sur le tube l'échauffement du tube soit tel qu'il se produise en ces points une coloration correspondant à une oxydation. Or, dans le cas présent, une tel- le oxydation est à prohiber absolument car la soudure d'une bande métallique sur uen surface présentant une pellicule d'oxyde ne peut être exécutée correctement, on le sait, par le procédé de soudage électrique par résistance.
Afin de préve- nir ce danger, la surface de contact du galet de contact, ou les surfaces additioi nées des galets de contact s'il y en a plusieurs, sont choisies supérieures à la surface de contact à l'emplacement du soudage. De cette manière est éliminé tout
<Desc/Clms Page number 3>
risque de changement de teinte et de formation d'oxyde sur les surfaces du tube sur lesquelles la bande n'est pas encore soudée.
Dans l'exemple de réalisation de la Figo 3, la bande métallique 2 profilée en forme d'U, les ailes étant désignées par 3, est enroulée sur le tube, de façon continue, sous la forme d'une hélice, de préférence à faible pas, puis est soudée, de manière continue et homogène, à la- périphérie du tube par le sys- tème de galets-électrodes 5, 6, schématiquement-représenté. Pour cette opération, il est avantageux de faire tourner le tube 4 dans le sens de la flèche I et de la faire coulisser suivant la flèche II, ce qui permet une disposition stationai- re du système d'électrodes et des moyens non représentés qui donnent à la bande son profil et la font avancer.
La bande profilée;. 2, dont les ailes 3 deviennent légèrement coniques au moment de l'enroulement, peut être amenée directement au galet-électrode de soudage 5, ou bien être appliquée sur une certaine longueur contre le tube 4, par exemple au moyen de galets de serrage non représentés, avant d'arriver à l'élec- trode de soudage 5. Le façonnage définitif de la bande pourrait, le cas échéant, être opéré sur cette portion de la périphérie du tube.
Le fond de la bande en U 2 est appliqué contre la surface du tube 4 et soudé par le galet-électrode de soudage 5. Dans sa 'partie située au-dessus des ailes 3 le galet de soudage est élargie du coté opposé au galet de contact 6, de manière à former une cavité de refroidissement 7. Il est possible ainsi de disposer très près du galet-électrode de soudage 5 le galet de contact 6, qui présente une grande surface de contact, est appliqué contre la surface du tube suivant la flèche IV, et qui est également muni d'une cavité de refroidissement 8. Le trajet de courant ainsi réalisé est courto Ainsi qu'il est représenté @ schématiquement, les galets-électrodes 5 et 6 sont connectés à l'enroulement se- condaire 9 d'un transformateur de soudage.
Les galets-électrodes 5 et 6 sont avantageusement disposés coaxiale- ment c8té à côté. Le galet ou les décalés d'un angle déterminé en avant ou en arrière par rapport au galet-électrode de soudage 50
La seule condition pour réaliser l'opération de soudage de façon con- tinue est que la bobine l,porte une longueur de bande suffisante pour toute la longueur du tube.
Le pas de l'hélice formée par la bande profilée en U est, de préféren- ce, choisi de manière à obtenir entre deux spires successives une distance égale à l'écartement intérieur b des deux ailes 3 du profil en U.
Il serait possible également d'utiliser un galet de contact 6 pré- sentant une surface de contact plus petite et de lui faire suivre, en avant du galet-électrode de soudage 5, un parcours qui n'est pas recouvert ultérieurement par la bande en U. La formation éventuelle d'une couche d'oxyde sur ce parcours ne gêne pas le soudage par résistance.
Dans un autre exemple de réalisation, représenté à la Fige 4, deux bandes 2 et 2' profilées en U sont enroulées simultanément sur le tube 4, sous la forme d'une hélice double. Il va de soi que les bandes pourraient aussi bien être enroulées sur le tube sous la forme d'une hélice triple, quadruple, etc, simultanément ou l'une après l'autre.
Afin d'obtenir le rendement thermique le meilleur, il faut que la distance entre les ailes de la bande en U et l'écartement entre les spires sur le tube soient faibles (voir Figo 5). Il en résulte que les galets-électrodes devraient être très étroits, ce qui se heurte à de grandes"difficultés techniques, en raison de la pression de soudage élevée et de l'usure. La Fig. 6 montre quel- les dimensions devraient être choisies pour que la pression de soudage soit absor- bée sûrement, c'est-à-dire sans déformation notable, par les galets-électrodes chauds et pour que ceux-ci ne subissent pas une usure trop importante. Il sera
<Desc/Clms Page number 4>
revenu plus loin sur cette question.
Les galets-électrodes de soudage 5 et 5', qui sont branohés sur le secondaire 11 d'un transformateur de soudage, sont disposés de manière que le ga- let 5 roule sur le fond de la bande en U'2, et le galet 5' sur le fond de la ban- de en U 2'. Le circuit de courant se ferme donc, à partir du galet-électrode 5, par le fond de la bande 2, La paroi du tube 4, le fond de la bande 2' et le ga- let-électrode 5', ou inversement.
Les deux galets-électrodes sont donc les galets de soudage, de sorte que deux soudures sont toujours exécutées simultanément,
Comparativement à une disposition comportant un galet-électrode de soudage et un galet de contact, on arrive ainsi, pour toute la longueur du tube, à un temps de soudage plus court, et, par suite, à une usure moindre des électro- des. Ceci n'est possible que si la bande en U est enroulée sous forme d'une hé- lice multipleo
Les bandes en U 2 et 2' reposent avantageusement contre la paroi du tube, sur une portion de la périphérie de celui-ci, avant que les galets-électro- des 5 et 5' n'exécutent la soudure.
La soudure est absolument impeccable, d'autant plus qu'il se produit un certain imbriquage des trajets de courant sur les faces en regard du fond des bandes en U.
Afin de permettre de conférer aux galets-électrodes 5 et 5' une plus grande robustesse, les ailes de la bande en U, enroulée sur le tube, sont, dans la zone d'action des galets-électrodes, amenées dans une position écartée au moyen d'organes simples non représentés, tels que des molettes de guidage, puis remises dans leur position définitive désirée par d'autres organes auxiliaires analogues, après soudure des fonds du profil sur la paroi du tube. Les Fig. 7 et 8 montrent clairement comment se déroule cette opération.
Il serait possible également d'enrouler sur le tube une bande en U, dont les ailes seraient préalablement écartées.
Les galets-électrodes 5 et 5' peuvent être décalés l'un par rapport à l'autre de 180 , par exemple, comme dans la Figo 8, ou être disposés côte à cô-
EMI4.1
te, ,"cOmInÈLdà1'l.1! ç lé. Jr.i.g 70
Les galets-électrodes 5 et 5' vont en s'effilant vers la périphérie.
Dans le cas d'électrodes décalées l'amincissement peut être symétrique, tandis que pour des galets-électrodes disposés coté à coté, les faces intérieures en regard, par exemple, peuvent être moins chanfreinées.
Les galets-électrodes sont, pendant l'opération de soudage, usinés en permanence, de manière connue en soi, par des dispositifs fonctionnant sans ou avec enlèvement de copeaux, de façon à conserver leur profil et leur cote de largeur. Les galets-électrodes 5 et 5' sont également munis de chambres 7 et 8 pour le fluide refroidisseur et agencés de manière à permettre le remplacement des disques- électrodes uséso
Ainsi que le montrent les Fig.
9 et 10, afin d'accélérer la produc- tion de chaleur, il est avantageux d'opérer, comme il est d'usage dans la sou- dage électrique par points avec renflements, en ménageant, sur la portion de la surface du tube au contact de laquelle doit être exécutée la soudure, des rugosi- tés peu écartées l'une de l'autre, de sorte que la bande profilée en U enroulée ne repose pas par son fond sur une surface lisse du tube, mais sur une surface qui présente des renflements 12 et des creux 13.
Ce façonnage superficiel du tube peut être effectué avant ou pendant l'enroulement des bandes.
Le même effet d'amélioration de la soudure peut également être obte-
<Desc/Clms Page number 5>
nu par un façonnage de la bande. L'application de ce procédé de soudage permet, notamment, d'utiliser pour la fabrication de la bande un matériau superficielle- ment moins soigné, et, par suite, meilleur marché.
La Fig. 9 montre, en outre, que la bande peut présenter la forme d'un U à fond arrondi, au lieu d'un U à fond d'équerre. Dans ce cas, les galets-élec- trodes présentent une surface extérieure de-forme correspondante. Après soudure, les bandes sont ensuite amenées à la forme d'U en équerre désirée, au moyen d'une tête à profiler 14, par exemple, de sorte que les ailes des bandes, formant les ailettes du tube, se trouvent de nouveau à la distance voulue.
Etant donné que, dans ce dernier mode de réalisation, les ailes de la bande sont, pendant l'opération de soudage, écartées davantage l'une de l'autre qu'après le façonnage dêfinitif, il est possible d'utiliser des électrodes de sou- dage plus épaisses, et, par suite, sujettes à une usure notablement réduite.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour la fabrication d'un tube à ailettes de refroidisse- ment, en particulier pour échangeur de centrale atomique, tube sur lequel les ai- lettes sont rapportées en forme d'hélice, caractérisé en ce qu'il consiste à en- rouler, de manière connue en soi, suivant une hélice à faible pas, une bande pro- filée en U sur la paroi extérieure' du tube, et à réaliser une liaison intime, par soudage électrique par résistance de la surface de base de la bande en U et de la surface du tube sur laquelle porte la bande.