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"Procédé de fabrication de tubas braaéa"
La présente invention concerne d'une façon géné- rale l'acier revêtu de cuivre qui est soumis à une opéra- tion de brasage, mais plus particulièrement un feuillard d'acier revêtu de cuivre, utilisé dans la fabrication de tubes en acier brasée et connus plus spécialement sous le nom de tubes "Bundy".
Le tube "Bundy" et son procédé de fabrication sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 1.892.607 du 27 Décembre 1932, N 1.930.191 du 10 Octobre 1933, N 1.949.623 du 6 Mars 1934 et N 2.092.557 du 7 Septembre 1937.
Dans la fabrication commerciale des tubes "Bun-
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dy", on utilise un feuillard en acier à faible teneur en carbone, laminé à froid, le feuillard étant revêtu éleo- trolytiquement sur les deux côtés avec du ouivre, puis on le recuit pour développer les propriétés physiques vou- lues cour le conformer dans la machine à conformer le tube, cornue décrit dans les brevets précités. Les effets du re- cuit sur l'acier revêtu de cuivre sont décrits dans le +des brevet+Etats-Unis d'Amérique N 1.949.623 précité.
Le procédé de fabrication des tubes consiste à confort? le feuillard en acier revêtu de cuivre autour d'un mandrin avec un léger étirage pour garantir un bon contact Dhysique des surfaces plaquées l'une avec l'autre, surfaces qui sont alors soudées ou brasées l'une à l'autre en chauffant le tube conformé dans un four de brasage contenant une atmosphère inerte à des températures légère- mont supérieures au point de fusion du cuivre pendant une période de temps courte mais déterminée, puis en refroi- dissant le tube brasé comme décrit plus particulièrement danc le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2.092.557 précité.
Dons la fabrication réelle, ces opérations 'ou phases sont réalisées aussi rapidement que possible, et l'acier revêtu de cuivre doit être uniforme et pratique- ment parfait quant à ses propriétés physiques et chimi- ques afin de fournir un tube parfaitement brasé d'une façon uniforme dans les conditions opératoires industriel- les.
Le succès du fonctionnement du procédé dépend ainsi d'un brasage très rapide des surfaces en acier ad- jacentes du tube par le cuivre fondu situé entre elles, ce qui nécessite à son tour un alliage très rapide de l'acier avec le cuivre fondu. Tout facteur qui gêne cette
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action empêche une liaison complète et uniforme des sur- faces, et ceci se traduit par la production d'un tube dé- fectueux. Les défauts se manifestent par des zones d'acier non mouillées par le cuivre fondu et se présentent dans le produit terminé sous forme d'un tube qui fuit, en particulier le long des joints.
La production d'un tube défectueux due à un bra- sage incomplet ou imparfait a été attribuée à de nombreux facteurs qui sont associés habituellement à des différen- ces des propriétés chimiques et/ou physiques et à l'état des surfaces en acier sous le revêtement de cuivre, mais aucun de ces facteurs n'a été clairement et particulière- ment défini ou bien compris.
Bien qu'on ait proposé divers moyens pour sur- monter certaines difficultés particulières, il s'est avéré être pratiquement impossible dans des conditions de fabri- cation commerciale d'obtenir un feuillard en acier re- vêtu de cuivre d'une façon continue et uniforme, sur le- quel on pourrait compter pour fabriquer toujours un tube parfait brasé de façon uniforme et étanche dans les con- ditions régnant dans la fabrication industrielle du tube "Bundy" comme indiqué dans les brevets précités.
La présente invention se propose en conséquence notamment : - de fabriquer industriellement un feuillard en acier revêtu de cuivre convenant pour la fabrication d'un tube "undy" comme décrit dans les brevets précités, feuil- lard qui donne d'une façon uniforme un tube soudé ou brasé uniformément dans des conditions opératoires industrielles de la fabrication des tubes ; - de fournir un feuillard du type décrit ayant les
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propriétés nécessaires pour fournir un tube uniformément soudé dans des conditions opératoires industrielles de fabrication des tubes; - de fournir.un tube "Bundy" qui est exempt des défauts qui ont été décrits ci-dessus.
D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre.
On atteint les buts ci-dessus en appliquant d'a- bord aux surfaces en acier nettoyées du feuillard un mince revêtement de nickel, puis en appliquant au feuillard, sur le mince revêtement de nickel, un revêtement classique de cuivre, le revêtement électrolytique étant effectué dans chaque cas par un procédé de dépôt électrolytique.
Il s'est avéré que la présence d'un mince revête- ment électrolytique de nickel entre l'acier et le cuivre élimine les résultats irrégulier qui ont été décrits ci- dessus et obtenus en utilisant un acier nu revêtu de cuivre dans la fabrication industrielle des tubes "Bundy", et garantit en même temps la fabrication industrielle con- tinue d'un produit uniformément et parfaitement lié.
La condition essentielle du nickelage, par rap- port à l'épaisseur, réside dans le fait que son épaisseur doit être suffisante pour que la totalité ne soit pas dif- fusée dans l'acier et dans le cuivre pendant le brasage, et le recuit antérieur si on l'utilise, étant donné qu'une couche définie de nickel doit rester entre le cuivre et l'acier et qu'une couche externe définie de cuivre doit exister pour effectuer une liaison correcte au cours du brassge.
Ainsi, la revêtement de nickel doit être présent Mous une forme distincte pour le succès du fonctionnement du procédé, et un revêtement d'alliage de cuivre et de
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nickel n'équivaut pas du tout aux revêtements séparés de nickel et de cuivre, bien que naturellement il se pro- duiao un certain alliacé aux fucus do séparation entre ces revêtements pendant le brasage,
L'épaisseur maximum du revêtement de nickel est +par dictée d'autre part+des considérations économiques étant donné qu'on ne tira aucun profit tecnnique en utilisant un revêtement do nickel excessivement épais L'épaioseur ma- ximum du revêtement de nickel est aussi dictée par les conditions physiques du feuillard composite destiné à être utilisé dans la machine \ façonner le tube.
En pratique, il s'est avéré que l'épaisseur de revêtement de nickel ne doit pas être inférieure à 0,000875 mm mais ne doit pus dépasser la moitié de l'épais- seur du revêtement de cuivre, ou 0,001875 mm. Pour les raisons déjà mentionnées, il ont souhaitable de rester aussi près que possible de l'épaisseur minimum sus-mention- née, qui peut être considérée par conséquent comme étant l'épaisseur préférée ou optimum du revêtement de nickel.
On peut déposer les revêtements de nickel et de cuivre sur le feuillard en acier laminé à froid à l'état trempé, puis en procédant au recuit, ou on peut effectuer le recuit du feuillard d'abord, puis revêtir ôlectrolyti- quoment le feuillard à l'état mou. Si l'on rev8t l'acier dur éleotrolytiquement, puis le recuit il se produit une certaine interdiffusion du nickel et de l'acier ainsi que du nickel et du cuivre, de sorte que le revêtement de nickel doit être suffisamment épais pour permettre cette diffusion du nickel, tout en laissant une couche définie de nickel non allié entre les faces de séparation diffusées.
Cette épaisseur minimum, comme déjà mentionné, s'est avérée être
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de 0,000875 mm.
A titre d'exemple de l'invention, on peut utili- ser un feuillard en acier à faible teneur en carbone, la- miné à froid, dont les deux surfaces sont enduites avec deux couchée de métal dépose électrolytiquement, la pré- mière étant un revêtement de nickel ayant une épaisseur minutieusement réglée comprime entre 0,00075 et 0,001 mm, de préférence de 0,000875 mm, recouverte par une couche de cuivre déposée électrolytiquement d'une épaisseur com- prise entre 0,0025 et 0,005 mm, de préférence de 0,00375 un environ.
On pout préparer un tel produit à partir d'un feuillard en acier à faible teneur en carbone, laminé à froid, sous forme de rouleaux. On nettoie d'abord le feuil- lard, puis le décape dans des bains classiques par des procédés bien connus en pratique, pour obtenir ainsi sur le feuillard des surfaces propres qui conviennent pour recevoir un revêtement de nickel adhérent.
On dépose alors électrolytiquement le nickel sur chaque surface du feuillard en acier à une épaisseur définie comprise entre 0,00075 et 0,001 mm, de préféren ce à 0,000875 mm, en faisant passer le feuillard continuellement à travers un bain de nickelage classique ayant une composition du type Watts bien connue à une température de 60 C environ, et en effectuant le dépôt électrolytique à une intensité de cou- rait convenant pour la composition du bain utilisée, gé- néralement de 4 ampères par décimètre qarré environ.
En ré- glant la vitesse à laquelle le feuillard passe dans le bain de dépôt électrolytique, et en réglant l'intensité de courant à laquelle le nickel est déposé, on peut régler avec précision l'épaisseur du revêtement de nickel.
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On fait passer alors le feuillard à travers de l'eau pour le rincer, puis à travers un bain de dépôt électrolytique de cuivre acide de composition classique, dans lequel il est revêtu de cuivre à une épaisseur déter- minée, habituellement de 0,00375 mm environ nécessaire pour le brasage. On lave alors le feuillard, le sèche, et le met sous forme de rouleaux.
Si le feuillard a été revêtu électrolytiquement à l'état durci au rouleau, on peut le recuire alors pour obtenir des propriétés physiques particulières, ou on peut recuire d'abord le feuillard, puis le revêtir électroly- tiquement à l'état mou. Dans l'un ou l'autre cas, la pré- sence du revêtement de nickel entre la surface en acier et le revêtement do cuivre garantit des résultats unifor- mément avantageux dans la fabrication d'un tube "Bundy" a partir du feuillard à une échelle industrielle.
On voit ainsi que la demanderesse fournit un feuillard en acier revêtu de cuivre qui donne un tube "Bundy" soudé ou brasé uniformément dans des conditions opératoires industrielles, tube qui est exempt de& défauts qui ont été caractéristiques jusqu'à présent d'une telle fabrication.
Bien que l'on ait décrit l'invention en se réfé- rant en particulier à l'application au nickel et du cuivre par dépôt électrolytique, il est évident que ces revête- ments peuvent être appliqués par d'autres procédés couram- ment utilisés pour l'application do revêtements métalli- que 0 comme par exemple par placage) pulvérisation, dépôt en phase vapeur, ot placage par réduction chimique ou (sans électrodes)
Naturellement, l'invention n'est paa limitée à
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la forme de réalisation décrite et est susceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention.
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"Braaéa tubas manufacturing process"
The present invention relates generally to copper coated steel which is subjected to a brazing operation, but more particularly to copper coated steel strip used in the manufacture of brazed steel pipes and tubes. known more especially under the name of "Bundy" tubes.
The "Bundy" tube and its manufacturing process are described in United States Patents N 1,892,607 of December 27, 1932, N 1,930,191 of October 10, 1933, N 1,949,623 of March 6, 1934 and N 2,092,557 of September 7, 1937.
In the commercial manufacture of "Bun-
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dy ", a cold rolled low carbon steel strip is used, the strip being electrolytically coated on both sides with copper, then annealed to develop the desired physical properties to conform it in. the retort tube shaping machine described in the aforementioned patents The effects of annealing on copper coated steel are described in the aforementioned US Pat. No. 1,949,623.
The tube manufacturing process involves comfort? the copper coated steel strip around a mandrel with slight stretching to ensure good physical contact of the plated surfaces with each other, surfaces which are then welded or brazed to each other by heating the tube formed in a brazing furnace containing an inert atmosphere at temperatures slightly above the melting point of copper for a short but determined period of time, followed by cooling the brazed tube as more particularly described in the US Pat. United States of America N 2,092,557 cited above.
In actual manufacture, these operations or phases are carried out as quickly as possible, and the copper coated steel must be uniform and substantially perfect in its physical and chemical properties in order to provide a perfectly brazed tube of uniformly under industrial operating conditions.
The successful operation of the process thus depends on very rapid brazing of the adjacent steel surfaces of the tube by the molten copper located between them, which in turn requires a very rapid alloying of the steel with the molten copper. Any factor that hinders this
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action prevents complete and uniform bonding of the surfaces, and this results in the production of a defective tube. Defects are manifested as areas of steel not wetted by molten copper and present in the finished product as a leaky tube, especially along seams.
The production of a defective tube due to incomplete or imperfect brazing has been attributed to many factors which are usually associated with differences in chemical and / or physical properties and the condition of the steel surfaces under the steel. copper coating, but none of these factors has been clearly and specifically defined or understood.
Although various means have been proposed to overcome certain particular difficulties, it has proved to be practically impossible under commercial manufacturing conditions to obtain a steel strip coated with copper in a continuous and continuous fashion. uniform, on which one could count to always manufacture a perfect tube brazed uniformly and tightly under the conditions prevailing in the industrial manufacture of the "Bundy" tube as indicated in the aforementioned patents.
The present invention consequently proposes in particular: - to manufacture industrially a steel strip coated with copper suitable for the manufacture of an "undy" tube as described in the aforementioned patents, which strip gives a uniform tube. welded or brazed uniformly under industrial operating conditions in the manufacture of tubes; - to provide a strip of the type described having the
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properties necessary to provide a uniformly welded pipe under industrial pipe manufacturing operating conditions; - to provide a "Bundy" tube which is free from the defects which have been described above.
Other advantages and characteristics of the invention will emerge from the description which follows.
The above objects are achieved by first applying to the cleaned steel surfaces of the strip a thin coating of nickel and then applying to the strip, on the thin nickel coating, a conventional copper coating, the electrolytic coating being carried out in each case by an electrolytic deposition process.
It has been found that the presence of a thin electrolytic coating of nickel between the steel and the copper eliminates the irregular results which have been described above and obtained using bare copper coated steel in industrial manufacture. bundy tubes, and at the same time guarantees the continuous industrial manufacture of a uniform and perfectly bonded product.
The essential condition of nickel plating, in relation to the thickness, resides in the fact that its thickness must be sufficient so that the whole is not diffused in the steel and in the copper during the brazing, and the annealing. earlier if used, since a defined layer of nickel must remain between the copper and steel and a defined outer layer of copper must exist to make a proper bond during brewing.
Thus, the nickel coating must be present in a distinct form for the successful operation of the process, and an alloy coating of copper and
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nickel is not at all equivalent to the separate coatings of nickel and copper, although of course some alloy will occur in the fucus of separation between these coatings during brazing.
The maximum thickness of the nickel coating is + by dictation + on the other hand + economic considerations since no technical benefit will be gained from using an excessively thick nickel coating. The maximum thickness of the nickel coating is also dictated by the physical conditions of the composite strip intended for use in the tube forming machine.
In practice, it has been found that the thickness of the nickel coating should not be less than 0.000875 mm but not to exceed half the thickness of the copper coating, or 0.001875 mm. For the reasons already mentioned, it is desirable to stay as close as possible to the above mentioned minimum thickness, which can therefore be considered to be the preferred or optimum thickness of the nickel coating.
The nickel and copper coatings can be deposited on the cold rolled steel strip in the quenched state, followed by annealing, or the strip can be annealed first and then electrolytically coated with the strip. soft state. If the hard steel is electrolytically coated, then annealing there is some interdiffusion of nickel and steel as well as nickel and copper, so the nickel coating must be thick enough to allow this diffusion. nickel, while leaving a defined layer of unalloyed nickel between the diffused partition faces.
This minimum thickness, as already mentioned, turned out to be
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of 0.000875 mm.
As an example of the invention, a low carbon cold rolled steel strip may be used, the two surfaces of which are coated with two layers of electroplated metal, the first being. a nickel coating of carefully controlled thickness compresses between 0.00075 and 0.001 mm, preferably 0.000875 mm, covered by an electrolytically deposited layer of copper with a thickness between 0.0025 and 0.005 mm, of preferably about 0.00375 to one.
Such a product can be prepared from a cold rolled low carbon steel strip in the form of rolls. The strip is first cleaned and then pickled in conventional baths by methods well known in the art, thereby obtaining clean surfaces on the strip which are suitable for receiving an adherent nickel coating.
The nickel is then electrolytically deposited on each surface of the steel strip to a defined thickness between 0.00075 and 0.001 mm, preferably 0.000875 mm, by passing the strip continuously through a conventional nickel plating bath having a composition of the well-known Watts type at a temperature of about 60 ° C., and by carrying out the electrolytic deposition at a current intensity suitable for the composition of the bath used, generally of about 4 amperes per square decimeter.
By controlling the rate at which the strip passes through the electroplating bath, and by controlling the amperage at which the nickel is deposited, the thickness of the nickel coating can be precisely controlled.
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The strip is then passed through water to rinse it, then through an acidic copper plating bath of conventional composition, in which it is coated with copper to a specified thickness, usually 0.00375. approx. mm required for soldering. The strip is then washed, dried, and put in the form of rolls.
If the strip has been electrolytically coated in the roll cured state, then it can be annealed to obtain particular physical properties, or the strip can be annealed first and then electrolytically coated in the soft state. In either case, the presence of the nickel coating between the steel surface and the copper coating ensures uniformly beneficial results in fabricating a "bundy" tube from the strip. an industrial scale.
It is thus seen that the Applicant provides a steel strip coated with copper which gives a "Bundy" tube welded or brazed uniformly under industrial operating conditions, which tube is free from & defects which have been characteristic of such manufacture hitherto. .
Although the invention has been described with particular reference to the application to nickel and copper by electroplating, it is evident that these coatings can be applied by other commonly used methods. for the application of metal coatings 0 such as by plating) spraying, vapor deposition, ot plating by chemical reduction or (without electrodes)
Of course, the invention is not limited to
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the embodiment described and is capable of receiving various variants falling within the scope and spirit of the invention.