Procédé pour la fabrication de tubes et appareil pour sa mise en aeuvre La présente invention concerne un procédé de fabrication de tubes métalliques à partir d'un métal en bande, et plus particulièrement la fabrication de tubes du genre dans lequel les bords de la bande sont unis entre eux par l'apport d'un métal fondu.
Cette invention est applicable, mais non limitée à un tube du genre dans lequel la bande est façonnée de manière à posséder une paroi d'épaisseur simple pourvue de parties marginales disposées face à face de manière à former un joint. Les bords peuvent être juxtaposés et former ainsi ce qu'on appelle habituellement un joint abouté, mais les parties marginales peuvent aussi être établies de ma nière qu'on obtienne d'autres types ou formes de joint, ces modifications étant par exemple obtenues en façonnant lesdites parties de ma nière à augmenter leurs surfaces de contact.
Conformément à l'invention, on forme la bande en la recourbant sur elle-même d'une manière inversée de telle sorte que, une fois le tube formé, les bords de jonction soient à la partie inférieure. Avec une telle disposition, le tube peut être soumis à une flexion pendant qu'il se meut longitudinalement, de façon que sa partie la plus basse puisse recevoir du métal d'union et d'obturation à l'état fondu. Ce métal fondu, directement appliqué sur la zone des bords, coule entre ceux-ci et, en se refroidis- sant, les unit l'un à l'autre. Ceci s'obtient sans faire usage d'un excès de métal d'union et sans déformer la bande de métal qui forme le corps du tube.
Le dessin annexé illustre le procédé, objet de l'invention, et représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un appareil pour la mise en aeuvre du procédé.
La fig. 1 est une vue d'ensemble illustrant le procédé et représentant un appareil à fabri quer les tubes.
La fig. 2 est une coupe transversale à grande échelle par la ligne 2-2 de la fig. 1 et représente des rouleaux presseurs.
La fig. 3 est une coupe transversale à grande échelle par la ligne 3-3 de la fig. 1, représentant l'application de métal d'union fondu.
La fig. 4 est une coupe transversale repré sentant un tube pourvu d'une forme de joint modifiée.
La fig. 5 est une coupe transversale d'un tube pourvu d'une autre forme de joint.
La fig. 1 représente une bande de métal 1 déroulée d'une bobine 2. Cette bande est de préférence un feuillard d'acier, bien que d'au tres métaux puissent être utilisés conjointement avec un métal d'union approprié. La bande 1 est animée d'un mouvement longitudinal à tra vers un laminoir à tubes, désigné en son en semble par 5. Les laminoirs de ce genre sont bien connus et comprennent des rouleaux ou cylindres convenablement façonnés de manière à cintrer la bande transversalement pour lui donner une forme creuse en section transver sale.
Toutefois, contrairement à la méthode classique, le laminoir 5 façonne le tube de façon que le joint soit situé à la base du tube. Il est pourvu, à ou près de son extrémité de sortie, de rouleaux presseurs qui peuvent être disposés avec leurs axes verticaux, comme re présenté à la fig. 2. Ces rouleaux, désignés par 7 et 8, présentent une gorge semi-circulaire destinée à entrer en contact avec le tube T. On voit à la fig. 2 que les bords de la bande sont disposés à la partie inférieure du tube et juxtaposés en 10.
La pression exercée par les rouleaux 7 et 8 est de préférence telle qu'elle ait pour effet de presser fortement les surfaces des bords l'une contre l'autre. Cette pression peut être suffisante pour étamper ou écraser légèrement les bords.
Il va de soi que certains des rou leaux du laminoir façonneur seront comman dés par des moyens appropriés de manière à entraîner la bande longitudinalement et que, étant donné que la gorge formée par les rou leaux presseurs 7 et 8 est quelque peu limitée, il est préférable que ces rouleaux soient eux- mêmes entramés, afin qu'une pression soit exercée sur le tube, de même qu'il est préfé rable que les rouleaux 7 et 8 soient entrainés à une vitesse périphérique légèrement plus élevée que celle de certains des rouleaux du laminoir. A l'intérieur du laminoir, le tube peut être disposé à peu près horizontalement.
De préférence, le laminoir fait un angle avec l'horizontale, afin que la bande et le tube qui en est fait se meuvent longitudinalement et obliquement vers le bas. Le but de cette disposition, ainsi qu'il ressortira de ce qui suit, est de placer le tube dans la position voulue pour permettre d'appliquer le métal de jonction fondu.
Le tube est chauffé préalablement à l'ap port du métal fondu et, à cette fin, il est avantageux d'utiliser une résistance électrique. Comme représenté, il est disposé une première électrode 20 en forme de rouleau avec laquelle coopère un rouleau de soutien 21, une seconde électrode-rouleau 22 avec laquelle coopère un rouleau de soutien 23, et une troisième élec trode, établie sous forme d'une masse fondue 25 de métal d'union, qui peut être contenue dans un récipient approprié 26. 30 désigne le primaire d'un transformateur dont le secon daire est indiqué en 31, le rôle de ce trans formateur étant de fournir un courant élec trique alternatif à basse tension, de forte intensité.
Un côté du secondaire 31 est connecté par un fil 33 avec l'électrode 25 et par un fil 34 avec l'électrode 20, son autre côté étant relié par un fil 35 à l'électrode in termédiaire 22. De cette façon, le courant est divisé, à partir d'un des côtés du secondaire, entre les deux électrodes extérieures, ce qui simplifie l'isolement électrique de la machine et du tube.
Le métal 25 peut être maintenu à l'état fondu par un dispositif de chauffage, repré senté dans ce cas sous forme d'éléments de résistance électriques 37 pourvus de conduc teurs 38 destinés à être reliés à une source convenable de courant électrique.
Au-dessus du récipient 26, qui est ouvert au sommet, est disposée une roue 40 présen tant une gorge 45, de forme semi-circulaire en section. Cette roue est composée de parties respectivement intérieure 41 et extérieure 42, entre lesquelles est insérée une matière d'iso lation électrique, désignée par 43. La roue 40 est montée pour tourner autour d'un axe 44 et est entramée pour tourner à une vitesse périphérique qui correspond sensiblement à la vitesse linéaire du tube.
La partie de tube qui s'étend obliquement vers le bas s'engage dans la gorge 45 de la roue 40, dont la position par rapport au niveau du métal fondu est telle que le côté inférieur du tube plonge dans le métal fondu pendant le mouvement du tube le long du segment ou arc de la roue qui est situé le plus bas. Ceci est indiqué à la fi-. 3. La gorge 45 possède de préférence une profondeur approximative- ment égale au rayon extérieur du tube, afin que celui-ci soit étroitement reçu dans cette gorge et que les bords juxtaposés 10 soient ainsi maintenus l'un contre l'autre.
Au moment où le tube passe sous la roue 40 d'un côté à l'autre du plan vertical contenant l'axe de cette roue, il épouse la forme courbe de la roue de façon à former une boucle aplatie ou coude, puis est guidé vers le haut et obliquement à travers un groupe de rouleaux 46 dont quel ques-uns au moins sont commandés à une vitesse telle qu'ils entraînent le tube et le soumettent à une tension propre à le mainte nir en contact avec la roue 40. Les rouleaux 46 se comportent aussi comme des rouleaux re froidisseurs destinés à refroidir le tube à une température suffisamment basse pour solidifier le métal d'union.
En quittant les rouleaux de refroidissement et d'entraînement 46, le tube pénètre dans un refroidisseur 48, qui peut être une structure tubulaire enveloppée et de forme allongée comportant une chemise extérieure 49 et une chemise intérieure 50. Un agent réfri gérant, par exemple de l'eau, peut être intro duit entre les chemises par des tuyaux 51 et 52, et le tube fini sort du refroidisseur par l'extrémité de celui-ci, comme indiqué.
La roue de guidage et de façonnage 40 occupe une position telle que la portion infé rieure saillante du coude du tube plonge dans le métal fondu, comme indiqué à la fig. 3. Le tube a été préchauffé à la température qui convient pour l'application du métal d'union, et le métal s'infiltre rapidement, par capilla- rité, entre les bords juxtaposés, en formant ainsi entre ces bords une pellicule d'union continue et uniforme.
Le procédé décrit est particulièrement ap plicable à la formation d'un tube d'acier her métiquement joint par une brasure au cuivre. Dans ce cas, le métal de la masse 25 est le cuivre, celui-ci pouvant être sensiblement de la pureté du cuivre commercial. Il ne reste tout au plus qu'une très faible proportion qui adhère aux surfaces extérieures immergées dans le bain de cuivre fondu, mais par capil larité le cuivre s'infiltre rapidement entre les bords du joint.
Ce métal ne passe toutefois pas entre les bords au point de pénétrer à l'intérieur du tube parce que, à l'intérieur des bords, il ne s'exerce aucune force de capilla- rité. Bien entendu, des métaux de brasage autres que le cuivre pur - considéré ici comme un métal de brasage - peuvent être appliqués avec l'acier. On peut fabriquer un tube par le présent procédé en utilisant une bande d'acier dont les bords sont unis entre eux par une forme de soudure tendre, telle qu'un alliage d'étain et de plomb, ou par une des soudures dites dures, qui peuvent contenir de l'argent.
De plus, on peut employer pour le tube d'autres métaux, tels qu'une bande de cuivre ou de métal Monel, auquel cas la sou dure ou métal d'union serait convenablement choisi en vue de son application avec le cuivre ou le métal Monel, ce métal d'union consistant par exemple en un alliage de plomb et d'étain, ou encore en une soudure dure, pourvu que le point de fusion de la soudure dure soit inférieur au point de fusion du métal de la bande.
Le chauffage du tube, surtout lorsque le cuivre est appliqué pour unir l'acier, peut être tel qu'il élève la température à un point où l'élasticité du métal du tube diminue ou est entièrement supprimée. Toutefois, dans ce cas, comme le tube est déjà façonné avec ses bords étroitement appliqués l'un contre l'autre, la perte d'élasticité ne provoque pas l'ouverture ou l'élargissement des bords.
Par conséquent, au moment où le tube chauffé quitte la roue de guidage 40 et passe entre les rouleaux de traction et de refroidissement 46, les bords et la pellicule de métal d'union existant entre eux restent en relation intime, et au moment où le tube traverse le train de rouleaux 46, le métal d'union s'est solidifié à tel point que le léger cintrage communiqué au tube à son entrée dans le refroidisseur n'a pas d'effet nui sible sur le joint. Il est préférable de maintenir le tube chauffé et le métal fondu dans un milieu non oxydant ou réducteur.
A cet effet, une enve loppe appropriée 55 est disposée autour des électrodes-rouleaux 20 et 22, ainsi qu'autour de l'espace séparant ces électrodes, cette enve loppe étant raccordée à une enveloppe 56 qui entoure la roue de guidage 40 et le récipient 26 à métal fondu. Une troisième enveloppe 57 est raccordée à l'enveloppe 56 et renferme les rouleaux de traction, l'enveloppe 57 étant d'autre part raccordée au refroidisseur, par un élément d'enveloppe tubulaire 58. Les enveloppes 56 et 57 se comportent à la façon d'un prérefroidisseur propre à abaisser la tem pérature de manière à solidifier le métal d'union, les rouleaux 46 contribuant à cette action. Un gaz réducteur ou non oxydant approprié peut être admis par un tuyau 60.
Une partie de ce gaz peut s'échapper par l'extrémité d'entrée de l'enveloppe 55, comme indiqué par des flèches, et une autre partie peut s'échapper par l'extrémité du refroidisseur. Le tube est de préférence refroidi jusqu'à ce que, lorsqu'il passe finalement à l'air libre, sa température ait été réduite à une valeur telle qu'aucune oxydation nuisible n'a lieu. Le procédé décrit est applicable à la fabri cation de tubes pourvus de joints très divers. Le joint décrit, qui est du type dans lequel les bords de la bande sont directement juxta posés, est un joint dit abouté .
Une autre forme de joint est représentée à la fig. 4, où l'on voit que les bords de la pièce Tz sont formés de façon à se recouvrir mutuellement, comme indiqué en 65.
Bien que ce joint soit une forme de joint à recouvrement, les bords des parties à recou vrement sont abrupts, de sorte que le joint peut être soumis à une compression avant que les interfaces aient été unis entre eux. Une autre forme de joint est représentée à la fig. 5, dans laquelle un des bords de la pièce T est pourvu de faces convergentes qui se terminent sensiblement par une arête, le bord opposé étant rainuré de façon correspondante de telle sorte que les deux bords s'ajustent l'un à l'autre pour former un joint 66. Ce type de joint peut aussi être soumis à une pression avant que les bords aient été unis par un apport de métal.
Les avantages du procédé décrit peuvent être illustrés d'une manière plus évidente si l'on considère, à titre d'exemple, la fabrica tion d'un tube dont le diamètre extérieur est de l'ordre de 9 à 12 mm à partir d'une bande du feuillard d'acier dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,7 mm, les bords étant unis à l'aide de cuivre. La surface de contact des bords est très petite, et la quantité de matière est faible. La quantité de cuivre dont on a besoin pour établir le meilleur joint est si faible qu'il ne serait guère possible d'appliquer le cuivre à l'état solide. Une mince pellicule représentant la quantité correcte de cuivre ne pourrait pas être appliquée parce qu'elle serait trop petite, délicate et trop faible pour sa manutention.
Un tronçon, bande ou fil métallique ayant une section suffisante pour pouvoir être manuten tionné fournirait une trop grande quantité de cuivre, et il en résulterait un joint affaibli et, peut-être, la formation de dépôts ou goutte lettes de cuivre le long du tube. Pour qu'on puisse fournir le métal au poste de jonction sous forme d'un fil ou bande de métal solide, il faudrait façonner préalablement les bords de manière à constituer une cavité propre à recevoir ledit métal, et ceci aurait pour effet d'affaiblir le joint. En fournissant le cuivre à l'état fondu, après que le tube a été façonné et chauffé, l'intervalle qui sépare les bords reçoit par capillarité juste la quantité de cuivre nécessaire pour remplir ledit intervalle, outre que, au voisinage du joint, la matière de la bande n'est déformée en aucune façon.