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La présente invention a trait à la production d'un,tube à ailette des- tiné à des échangeurs de chaleur et à d'autres usages où.un échange de chaleur est requis entre des' 'fluides.
On connaît la production de tubes échangeurs de chaleur à surfaces étendues par le soudage d!ailettes ou d'ergots à la surface externe du tubê.
Un des buts de la présente invention consiste à produire économique- ment un tube ayant une ailette continue en hélice, soudée à sa surface.
La présente invention comprend un procédé de production d'un tube à ailette consistant à enrouler un ruban sur un tube, en contact de champ, et à appliquer un courant de soudage de haute fréquence par des balais ou des élec- trodes en prise avec le ruban et avec la surface du tube en des points voisins du point du premier contact du ruban avec le tube, le tube et un moyen d'avance du ruban et d'application du courant étant relativement mobiles dans la direc= tion de l'axe du tube.
Un des balais ou une des électrodes vient de préférence en prise avec le bord interne du ruban à une courte distance en avant de son point de contact avec le tube, et l'autre balai ou électrode vient en prise avec la surface du tube en un point voisin du bord approchant du ruban et sensiblement en aligne- ment avec ledit bord.
Le tube est normalement mis en rotation autour de son axe par un moyen convenable quelconque, tandis que le ruban est avancé vers le tube de ma- nière que son bord interne soit sensiblement tangent à la surface du tube. Les balais ou électrodes et le moyen d'avance du ruban et d'application de pression au ruban peuvent être montés sur un chariot mobile dans une direction parallèle à l'axe du tube, ou, suivant une variante, le tube et le moyen qui le fait tour- ner peuvent être axialement mobiles par rapport à une tête fixe portant les ba- lais ou électrodes et le moyen d'avance du ruban.
Comme le bord interne du ruban s'approche de la surface du tube, ce bord et la partie de la surface avec laquelle il est sur le point de venir en contact sont élevés à la température de soudage et, sous la pression radiale ap- pliquée au ruban, son bord interne est continûment et efficacement soudé au tu- be, la soudure étant homogène sur tout 1*épaisseur du ruban, si bien que, dans le tube fini, la conductivité thermique est complète entre le tube et l'ailette.
Les balais ou électrodes sont de préférence agencés pour venir en contact avec le ruban et avec la surface du tube aussi près qu'il est pratique- ment commode du point de soudage. Le courant de soudage est réglé d'après le diamètre et la vitesse de rotation du tube et d'après l'épaisseur de l'ailette.
L'espace compris entre les balais ou électrodes et le point de sou- dage est fonction de l'épaisseur de l'ailette et un moyen peut être prévu pour régler individuellement les positions des balàis ou électrodes par rapport au point de soudage.
La pression.radiale appliquée au ruban est importante et est établie en fonction de divers facteurs, y compris l'épaisseur du ruban et l'intensité du courant de soudage. Une pression suffisante est requise pour assurer un sou- dage satisfaisant sur toute l'épaisseur du ruban, sans voiler ou défomrer le ruban. @
Le moyen destiné à guider le ruban vers le tube peut être agencé pour incurver le ruban dans le sens inverse à celui dans lequel il s'enroule sur. le tube, à une courte distance en avant du point où il vient en contact avec le tu- be, de,manière qu'un espace supplémentaire soit donné aux balais ou électrodes.
Les recherches expérimentales ont montré que le ruban d'acier peut être efficacement soudé à un tube d'acier sous la forme d'une hélice à des vi- tesses allant jusqu'à 120 tours par minute pour un tube de 2 pouces de diamètre et
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il n'y a pas de doute que des vitesses bien supérieures peuvent être atteintes.
Le présent procédé peut être appliqué à des tubes d'acier à ailette d'acier ou à des tubes et des ailettes d'une autre matière quelconque, apte à être sondée.
Une machine préférée pour la production d'un tube à ailette selon la présente invention et une de,ses variantes sont représentées à titre d'exem- ple dans les dessins annexés.
La figure 1 est une vue terminale d'une machine complète.
La figure 2 est un plan d'une machine, à échelle plus petite.'
La figure 3 est une élévation terminale fragmentaire, à échelle plus grande, des balais ou électrodes qui appliquent le courant à haute fréquence au tube et au ruban.
La figure 4 est une élévation terminale de détail de l'autre côté du balai ou de l'électrode qui applique le courant au ruban.
La figure 5 est une élévation terminale du balai ou de l'électrode et de son support seuls.
La figure 6 est une section suivant la ligne 6-6 de la figure 5.
La figure 7 est une élévation frontale du galet de guidage et d'ap- plication de pression et de ses montures.
La figure 8 est une section suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une élévation latérale d'une machine dans laquelle le tube est amené à tourner et à se déplacer axialement et les balais ou électro- des et le moyen d'avance du ruban sont portés par une tête fixe.
Dans la machine représentée-figures 1 à 8, le tube 10 est monté à une extrémité dans un mandrin Il porté par un arbre actionné dans la poupée 12 d'un tour ayant un banc 13 de longueur plus grande que celle du tube. L'autre extrémité du tube est supportée par une pointe 14 ou d'autres moyens, permettant au tube de tourner, mais l'immobilisant axialement.
Une selle ou un chariot 15 est guidé pour mouvement sur le banc du tour dans une direction parallèle à l'axe du tube, la longueur du déplacement étant au moins égale à la longueur du tube; la selle ou le chariot porte un mo- yen destiné à avancer le ruban 16 vers le tube et à lui appliquer la pression et un moyen destiné à appliquer un courant de haute fréquence au tube et au ru- ban. Le mouvement de la selle ou du chariot est effectué par un moyen connu quel- conque convenable, tel qu'une vis d'avance ou un mécanisme à crémaillère et à pignon accouplé à l'arbre de la poupée et dont le rapport est choisi selon le pas de l'ailette en hélice.
Le ruban 16 est tiré d'une bobine 17, disposée à une extrémité du tour, et est avancé entre des rouleaux de guidage 18 portés par un bras mobile 19 guidé pour mouvement dans une voie suspendue, parallèle à l'axe du tube. En quittant les rouleaux de guidage 18, le ruban descend par-dessus un rouleau de guidage 20, disposé sur le chariot 15, et passe entre deux rouleaux rainés déca- lés 21 et 22, montés sur une applique 23 du chariot. Les rouleaux 21, 22 avan- cent le ruban vers le tube dans une direction sensiblement tangente et, comme le bord interne vient en contact avec la surface du tube, il est guidé et soli- cité en prise avec la surface par un rouleau de pression 24.
Ce rouleau, qui est représenté avec sa monture en détail figures 7 et 8, a une rainure périphé- rique 25 d'une profondeur radiale légèrement inférieure à la largeur du ruban et d'une largeur telle que le,ruban puisse y glisser. La surface interne de la rainure 25 est formée par une bague 26 de métal trempé, résistant à l'usure.
Le rouleau est monté, pour tourner, par une buselure 27, sur une fusée rigide 28,
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traversant une fente d'une barre 29 montée dans un bottier 20 dans.lequel elle, est bloquée par des goujons 31. @
En réglant les ,goujons, 'l'inclinaison de l'axe du rouleau sur le ¯plan horizontal contenant l'axe du tube peut être modifiée selon le pas de l'ai- lette à appliquer au tube. Le boîtier 30 est mobile transversalement sur le cha- riot sous l'effet d'un moyen à vis tel qu'une vis de translation actionnée par un volant à main 32, pour régler la pression avec laquelle le rouleau applique le ruban contre la surface du tube.
Dans l'agencement représenté, l'axe du rou- leau se trouve à niveau très légèrement supérieur à celui de l'axe du tube et le rouleau guide et supporte le ruban sensiblement jusqu'à son point de contact avec le.tube qui se trouve entre ces deux plans.
Une lunette 33 vient en prise avec le tube du côté opposé au rouleau de pression pour empêcher la flexion du tube par la pression appliquée.
Comme le bord interne du ruban s'approche du point de contact avec la surface du tube, ce bord et la partie de la surface avec laquelle il est sur le point de venir en contact sont élevés à la température de soudage par l'appli- cation d'un courant de haute fréquence par des balais ou électrodes en contact avec les parties à chauffer.
Ces balais ou électrodes sont représentées en détail figures 3, 4, 5 et 6. Le balai 40, qui vient en prise avec la surface du tube, est une lame plate d'alliage de cuivre, guidée pour mouvement vertical par un support 41, fixé de manière réglable à une plaque ou joue de cuivre 42 s'étendant vers l'avant, depuis un transformateur. L'extrémité supérieure du balai est en'prise avec un - ressort à lame 43 qui sollici.te le balai vers le bas, pour garder son extrémité inférieure en prise avec le tube. L'extrémité inférieure du balai est façonnée comme on le voit en 44, de sorte que seule la partie avant de sa face terminale vient en prise avec le tube et que l'aire de contact reste sensiblement constan- te à mesure que le balai s'use.
Le support 41 est fixé à la joue 42 par des bou- lons 45 qui traversent des fentes 46, inclinées l'une sur l'autre, du support, de sorte que le support peut être réglé pour modifier le point de contact du ba-- lai-avec le tube par rapport au point de contact du ruban avec le tube.
L'autre buselure 47 comprend une barre horizontale en L, d'alliage de cuivre, montée pour pivoter dans un plan sensiblement horizontal entre deux butées décalées 48, 48 sur un bras coudé 49 qui s'étend vers le bas depuis un gousset 50, fixé de manière réglable à une seconde feuille ou j'oue de cuivre 42', s'étendant vers l'avant depuis l'autre coté du transformateur. Une extrémité du balai est en prise avec un ressort 51 disposé entre le balai et un doigt cou- dé 52 porté par le bras pour solliciter l'autre extrémité du balài en prise avec le bord interne du ruban 16 en un point situé à une courte distance au--dessus du point de contact du ruban avec la surface du tobe.
Cet agencement des balais permet que le point de contact du premier' balài 40 avec la surface du tube se situe dans le plan vertical du bord appro- chant du ruban et que le chauffage de la surface du tube soit confiné à une ban- de étroite vers laquelle le ruban se déplace.
Le gousset 50 est fixé à la plaque ou joue 42'' par des boulons 53 . traversant des fentes verticales 54 du gousset pour permettre que le point de contact du balai 47 avec le bord du ruban soit réglé vers le point de contact du ruban avec le tube et loin de ce dernier point de contact.
L'espacement'entre les balais et le point de soudage est fonction de l'épaisseur du ruban. ,
Le courant haute fréquence est conduit aux balais par les plaques ou joues de cuivre 42, 42' depuis un transformateur 60, refroidi à l'eau, pre- nant le courant par des contacts à ressort 61, 62 depuis des barres omnibus plates de cuivre 63, 64, montées sur les côtés opposés d'une lame plate 65 de
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matière isolante. Les barres omnibus s'étendent sur toute.la.longueur de la ma- chine, parallèlement à l'axe du tube et sont supportées par intervalles par des blocs isolants.66 montés sur des appliques de montage 67. Un. bouclier 68 recou- vre les barres omnibus. Le courant de haute fréquence est amené aux barres omni- bus depuis un oscillateur 69.
Le rouleau de pression et d'autres éléments voisins du point de sou- dage sont avantageusement refroidis de la manière habituelle.par des 'pulvérins d'eau et le tube et l'ailette sont semblablement refroidis au-delà du point de soudage. Quelques uns des robinets qui règlent l'alimentation en eau sont vi- sibles en 70,'figure 1.
Divers moyens peuvent être employés pour situer l'extrémité libre du ruban par rapport au tube au début de l'opération. L'extrémité du ruban peut, par exemple, être temporairement attachée au mandrin qui maintient l'extrémité du tube, ou elle peut être bloquée par une cheville de fixation disposée dans une fente en hélice de la périphérie d'un collet fendu, bridé sur le tube. Pour éviter de former un déchet lorsque l'ailette doit s'étendre jusqu'au bout extré- me du tube, le collet peut être monté sur une bague ajustée dans l'extrémité du tube et tenue dans le mandrin qui fait tourner le tube.
La machine est alors mise en marche et le courant de soudage est enclenché; comme le tube tourne, le ruban s'enroule sur le tube et son bord in- terne est continûment soudé à la surface dit. tube pour former une .ailette continue en hélice dont le pas dépend du rapport de démultiplication entre l'arbre de la poupée qui fait tourner le tube et le moyen qui déplace longitudinalement le cha- riot ou la selle.
Le soudage du ruban à la surface du tube sous pression produit un re- foulement ou une bavure de part,et d'autre du ruban au point de soudage et, si le pas est petit, cela peut gêner le soudage de la spire suivante de l'hélice.
Pour éviter cela, un moyen peut être prévu à une courte distance derrière le point de soudage, pour enlever le refoulement ou la bavure du coté externe du ruban. D'autres moyens peuvent être disposés en un point convenable quelconque pour enlever le refoulement ou la bavure de l'autre côté de l'ailette. L'enlè- vement du refoulement ou de la bavure peut être effectué par des outils rotatifs, des fraises, des meules ou d'autres moyens convenables, et, par l'emploi d'outils d'une forme convenable, on peut produire une forme en congé de raccordement ou autre à la jonction du ruban avec le tube.
Un grattoir peut être monté près de la-périphérie du rouleau de pres- sion pour le garder net de riblons ou d'autres matières étrangères qui peuvent y adhérer.
Dans la machine décrite ci-avant, le tube tourne, mais ne se dépla- ce pas axialement et la tête de soudage et le moyen d'avance et d'application de la pression sur le ruban sont déplacés longitudinalement, parallèlement à 1' axe du tube.
Le procédé peut être mis en oeuvre aussi bien dans une machine dans laquelle la tête de soudage et le moyen d'avance et d'application de la pression sur le ruban sont fixes et le tube tourne et avance axialement.
Une telle,,machine est représentée figure 9. Le banc 72 de la ma- chine a une longueur au moins égale à celle du tube qui doit être pourvu de l'ai- lette. Un chariot 73 est guidé pour mouvement longitudinal sur le banc et son mouvement est effectué par un pignon actionné, s'engrenant avec une crémaillère longitudinale 74. Le pignon est actionné, par l'intermédiaire d'un appareil ré- ducteur disposé dans le chariot, par un arbre longitudinal rainé 73, glissant dans un des engrenages. L'arbre est actionné par une chaîne 76 depuis un moteur
78 et est aussi relié par une transmission à un mandrin 79 qu'il actionne et dan lequel l'extrémité du tube est maintenue. Le tube 80 est initialement supporté
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par des rouleaux 81 sur des montants 82.
Ainsi, le tube tourne et se déplace axialement à une vitesse qui est fonction de sa vitesse de rotation, fonction qui est déterminée par le rapport des engrenages interposés; le ruban qui doit former l'ailette s'enroule sur le tube et y est soudé par les moyens décrits ci- avant, mais portés par un support fixe.
Le courant de soudage de haute fréquence fourni aux balais a avanta- geusement une fréquence de l'ordre de 450.000 cycles par seconde. Un courant de eette fréquence suit la voie de moindre impédance, qui passe le long du bord du ruban et par une bande étroite de la surface du tube, entre les balais et le point de contact du ruban avec le tube.
Seule une couche superficielle peu profonde du' tube est chauffée à la température de soudage et la structure de la paroi du tube n'est pas affec- tée.
Le ruban qui forme l'ailette ne doit pas être un ruban plat d'épais- seur uniforme et peut avoir une section amenuisée ou autre et peut être ondulé.
La description ci-dessus montre que le présent procédé perfectionné. permet de souder une ailette en hélice d'un pas quelconque voulue à un tube, de manière économique et à une grande vitesse de production.