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Procédé de fabrication de tubes soudés à la chaude soudante.
La présente invention a trait à un procédé de fabrication de tuyaux et de tubes soudés par fusion à la chaude soudante.
Dans la fabrication de tubes soudés à la chaude soudante, la pratique a consisté jusqu'ici, à couler le métalmsous forme de lingots, puis à constituer clos ébauches à laide de ces lingots moulés., Après la durcissement du métal, les ébauches étaient étirées sous forme de longues et étroites bandes de métal désignées, d'une manière connue, sous le non de flans métalliques auxquels était donnée ensuite une forme tubulaire par un étirage à travers des gabarits ou par le passage dans des laminoirs. Le joint était ensuite fermé par une opération de soudure quelconque.
Au cours alun certain hombre de ces opérations, se produisait une perte de chaleur, le métal étant chauffé avant le commencement d'une opération
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puis se refroidissant à la. fin de cette opération et étant à nouveau chauffé au bout d'un certain temps en vue de l'opéra- tion suivante. Le métal était soumis à un effirt important en vue de la formation au tube, puis le joint soudé subissait des efforts périphériques en raison de l'élasticité du métal.
En outre, les soudures produites étaient habituellement des soudures par adhérence et ne présentaient, par suite, du*une faible résistance, les opérations nécessitaient la présence d'hommes experts dans la détermination de la température pro- prement dite à laquelle se trouvait le métal avant de pratiquer la soudure et le tube devait être chauffé à une température @ @ bien supérieure à celle nécessitée par cette soudure, et ce en raison des pertes de chaleur par radiation, d'où résultaient un écrasement, une courbure ou une brûlure du tube, ou tous ces inconvénients à la fois et les extrémités de chacune des sections de tube ainsi produit devaient être coupées en raison des Imperfections qu'elles pouvaient présenter)
La soudure au chalumeau oxy-@cétylènique a été utilisée dans 'industrie pour souder les joints longitudinaux de tube-,* ayant de minces parois mais elle n'a pas été considérée comme, @ un procédé économique pour la fabrication de tuyaux présentant @ de grandes dimensions et ayant des parois épaisses, et ce en @ raison des faibles vitesses linéaires de soudure, et, par con- ', j séquent, du prixnde revient élevé du produit.
La présente invention a pour objet d'indiquer un procédé de fabrication de tuyaux et de tubes soudés par fusion à la chaude soudante, procédé réalisé de telle façon que les pertes de ehaleur se trouvent réduites au mini@@m, que de longues sections de tuyaux peuvent être fabriquées avec peu de déchets, que des vitesses linéaires de soudure relativement élevées peuvent être atteintes et que le produit terminé présente une section uniforme et une paroi d'épaisseur également uniforme et une soudure ayant sensiblement, la même résistance .Il une résistance supérieure à
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celle du métal lui-même.
Bien que le procédé dont s'agit s'applique à la fabrication de tuyaux de toutes dimensions, il est destiné en premier lieu à la fabrication de tuyaux à parois épaisses et diamètre important ; c'est ainsi que, par exemple, la présente invention permet de fabriquer des tuyaux dont le diamètre va jusqu'à 60 cm. et l'épaisseur de la paroi jusqu'à 12,5 mm,, bien que des tuyaux même plus gros et plus épais puissent être obtenus si on le désire.
Conformément à la présente invention, des tuyaux et des tabès soudés par fusion à la chaude soudante sont fabriqués suivant un procédé comprenant la transformation d'un flan métallique en un tube ouvert; à l'endroit du jointe alors que ce flan est chaud et que le tube qui se déplace conserve* une chaleur suffisante pour porter à la fusion les parties du joint et les réunir par une soudure par fusion.
De préférence, une masse de métal ferreux chauffée à une température à laquelle le métal doit travailler est passée successivement dans des laminoirs afin de former des feuilles, des plaques ou des fàans, puis de transformer ces feuilles ou ces flans en des tubes ouverts à l'endroit du joint, ensuite âpres réchauffage ou sans réchauffage, mais, dans tous les cas, en bénéficiant de la chaleur conservée par le Métal, le joint est fermé par fusion et par solidification. Il est entendu que de longues ébauches ou parties de métal se trouvant à une tem. pérature permettant d'effectuer un laminage à chaud sont afin-. sées et que de longues sections de feuilles ou de flans métal-, liques sont formées.
Le terme ébauche* est destiné à indiquer toute masse solide de métal ferreux, tel que de l'acier ou de la fonte brute qui est suceptible d'être travaillée pour former une feuille ou plaque longue et relativement ércoite, laquelle peut être désignée sous le nom de "flan".
La mise en oeuvre du procédé dont s'agit est représentée, est
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à titre d'exemple et sous une forme schématique, sur les dessins ci-annexés, dans lesquels :
Les fig, 1, 2 et 3, lorsqu'elles spnt placées bout à bout dans l'ordre précité, représentent une vue en élévation d'une installation réalisée conformément à l'invention et dont cer- taines parties sont montrées en coupe pour faire comprendre leur construction;
La fig. 4 est une vue en élévation, faite à plus grande échelle, de l'appafeil effectuant la soudure du joint trans- versal et représenté sur la fig. 1;
Les fig. 5, 6, 7 ,8 , 9 et 10 sont des coupes de la feuille de métal, dont la déformation est indiquée après son passage dans les laminoirs correspondants de la fig. 2, chaque section de la feuille métllique se trouvant au-dessous du laminoir envisagé.
La fig. Il est une coupe transversale faite suivant la ligne II-II de la fig, 2 montrant un détail de construction expliquant le mode de guidage de la fe ille métallique déformée qui se trouve amenée aux derniers laminoirs qui lui donnent la forme voulue et le caliblre désiré;
La fig. 12 est une coupe transversale faite suivant la ligne 12-12 de la fig. 3 et représentant le mode de réalisa- tion du rour de réchauffage;
La fig. 13 est une vue en élévation, faite à plus grande échelle, d'une partie' de l'appareil effectuant la soudure et montré su r la fig. 3;
La fig. 14 est une vue en élévation, faite à plus grande échelle de la cisaille représentée sur la fig, 3.
Les appareils re-présentés sur les dessins comprennent un four 10, dans lequel,des ébauches 12 ou des masses analogues de métal, à travailler à l'aide d'un laminoir 14 à travail à , chaud, sont chauffées vers 1200 C, bien que cette température ne doive pas être considérée comme une limite. e laminoir 14
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peut être un appareil de type quelconque recevant la masse de métal, telle que l'ébauche 12, et réduisant la section trans-. versale de cette dernière à célle d'une longue feuille ou bande 16 relativement étroite, qui peut être désignée sous le nom de flan".
Le flan 16 passe du lam@noir 14 dans les cisailles
18 et 20, après quoi les feuilles 22, ainsi formées, sont dirigées vers un appareil approprié 24 destiné à effectuer la soudure du joint transversale en ce point;, les feuilles précitées sont réunies bout à bout de façon à former une bande continue 26. Cette dernière est alors amenée dans un laminoir 38 pour tubes, dans lequel elle est transformée en un tube 30 ouvert à l'endroit du jointe
Ce tube 30 traverse, d'une manière continue, le four de réchauffage 32, d'où il est amené dans l'appareil 34 de soudure, dans lequel le joint est soudé par fusion.
Le tuyau continu qui se déplace peut être ensuite découpé en sections de longueur déterminée à l'avance, et ce à l'aide d'un appa- reil approprié, tel que la cisaille périphérique 36.
1 la sortie du laminoir 14, est formé un flan métallique
16 ayant à peu pr-ès, ou pouvant avoir tout à fait la largeur exacte désirée pour la fabrication 3 un tuyau ayant un diamètre déterminé. Le four 10 et le laminoir 14 peuvent être établis, de préférence, de façon à correspondreàet à trav@il- ler de larges masses de métal relativement longues afin que le flan produit puisse présenter une longueur considérable. A cet effet on utilise plus particulièrement un laminoir susceptible d'agir sur des feuilles ayant une longueur de 50 mètres ou plus, c'est-à-dire un laminoir dont la table de dégagement a une longueur voisine de 100 mètres ou plus.
Sur Ses dessins un seul la@@noir fixe a été représenté, mais il est bien entendu que le laminoir peut être constitué par plusieurs cylindres dont chacun réalise une réduction prédéterminée. Le nombre de
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passes requises dans un cas de ce genre est déterminé par les caractéristiques du métal et par la réduction désirée de la section du flan.
Des cylindras terminaux peuvent être associés au laminoir 14 pour limiter la largeur du flan formé et déter- miner ainsi à l'avance le diamètre du tuyau une fois fini. A sa sortie du laminoir 14, le flan métallique se refroititver@ 800 ou à une température supérieure ou inférieure,
La présence de cisailles 18 et 20 a un double but, à savoir t celui de sectionner à une largeur désirée les flans métalliques et celui de dresser les extrémités de ce flan.
La première opération peut être supprimée par l'emploi de cylindres terminaux combinés avec le laminoir 14, ainsi que cela a été décrit ci-dessus: Lorsqu'on n'utilise pas de cylindres de ce genre, les cisailles 18 employées pour dresser les bords du flan métallique 16 peuvent être réalisées suivant tout type voulu par exemple sous forme de cisailles rotatives, d'une scie à chaud ou de cisailles à levier. L'appareil utilisé pour dresser les borda du flan peut être monté de façon à présenter un borden biseau dans le cas où le métal est très épais, parce que cette disposition facilite la pénétration de la soudure.
Les cisailles 20, à sections carrées destinées redresser les bords transversaux des flans peuvent être réalisées suivant le type de la scie à chaeud ou de la cisaille à levier. Les cis@illes
20 sectionnent le flan 16 ses extrémités de façon à former des bords qui soient sensiblement perpendiculaires à là direc- tion suivant laquelle se déplace le flan.
Des cylindres qui peuvent être commandéspar une force motrice, dans le cas du traitement de feuilles ou de plaques lourdes, sont montée, de préférence sur la table du laminoir 14 entre ce dernier et les cisailles 18, entre les cisailles 18 et 20, et du côté des cisailles 20 par lesquelles sort le flan pour se rendre vers l'appareil 24 effectuant la soudure du joint transversal.
Au niveau de cet appareil 24, les extrémités de deux @ ..
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feuilles consécutives qui viennent en contact l'une avec l'autre sont rapprochées de façon à se toucher puis serréeset le joint ainsinformé est fermé par une soudure.
A ce stade du procédé, le métal a perdu le plus de chaleur, sibien que sa température peut être tombée dans le voisinage de 650 C et qu'il est alors prêt à être travaillé dans le laminoir 28, Entre l'extrémité du laminoir 14 et la laminoir dans lequel se forme le tube, est ménagée une très grande distance pour permettre eu flan d'être soumis à l'action des cisailles et aux opérations de soudure transversale et pour coordonner le déplacement sensiblement intermittent du flan sortant du laminoir 14, l'opération intermittente de l'appareil 24 effectuant la soudure et l'opération continue du laminoir 28.
L'app@reil 24 permettant de réaliser la soudure du joint transversal est monté, de préférence, sur un support 58 susceptible de coulisser de façon à se déplacer longitudinalement avec les feuilles 22, alors que les chalumeaux 40 sont supportés par des chariots 42 se dépla@ant transversalement par rppport à la feuille mobile,, Grâce à des organes de serrage 44 fonctionnent mécaniquement,les extrémités des feuilles sont immobilisées en se trouvant en contact les unes avec les autres après avoir été amenées dans ces positions par le mécanisme de réglage 46.
Les chalumeaux 40 sont ensuite déplacés transversalement par rapport au joint afin de souder ensemble les feuilles,, La soudure des joints transversaux pourrait être réalisée par uh chalumeau actionné à la main.
La. distance séparant les cisailles du Laminoir dans lequel sont formées les tubes est d'environ 65 mètres, nombre qui, comme tous les autres chiffres indiqués dans le mémoire, doit être pris à titre d'exemples-Un transporteur à cylindres 48, mû par un dispositif d'entrainement petit être monté de façon à amener la feuille continue 26 au laminoir 28, dans lequel grâce à une série de cylindres, la feuille portée à une ce:une température
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est recourbée d'une manière connue de façon à constituer un tube 30 dont les extrémités longitudinales de la feuille sont amenées sensiblement en contact les unes avec les autres bien qu'elles puissent être séparées ;
eu encore le métal peut recevoir la forme d'un flan tubulaire largement ouvert oh encore affecter la forme 3.'un U pour recevoir plus tard sa forme définitive.
La construction particulière du dit laminoir donnant au flan mécanique la forme désirée ne fait pas partie spé- cifiquementde la présente invention, saut en ce qui concerne le moyen d'obtenir un métal affectant plus ou moins une forme tubulaire, et ce d'une manière continue, en partant d'un métal porté à une certaine température et, dans les' cas préférés,après un étirage ou un allongement.
L'appareil peut être pourvu d'un disppsitif d'alimentation 50 entraîné par la force motrice et destiné à engager la feuille 26 entre les cylindres de la première série de la- minoirs. Les opérations suivantes, destinées à donner au tuyau la forme qu'il doit avoir, peuvent, de préférence, être réalisées sous la forme indiquée sur les figures consécutif s
5 à 10 inclus représentées sous les laminoirs correspondants de la fig. 2, laminoirs qui déterminent la déformation indiquée
Chacun de ces laminoirs est pourvu, de préférence de paliers refroidis à l'aide d'eau, reçoit d'une manière continue la feuille 26 sous la forme sous laquelle elle se trouve et trans.. forme immédiatement, d'une manière continue également, cette dernière en un tube.
Des étriers appropriés :le guidage peuvent être prévus entre les laminoirs consécutifs. Entre les deux derniers laminoirs, un étrier 51, pourvu d'une nervure, peut guider le tube vers les laminoirs qui sont prévus pour effectuer l'opération finale, la suite de laquelle le métal reçoit la forme et les dimensions requises avant de passer dans l'appareil réalisant la soudure. 'emplacement
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et,, inclinaison de l'étrier 51 sont déterminés d'une manière appropriée pour se combiner avec la présence d'une nervure située dans le même plan sur l'appareil 34 effectuant la soudure.
A l'extrémité par laquelle le tube s'échappe du laminoir 28 la température au métal est tombée jusque vers 54090. Are stade au procédé, la température peut être un peu plus élevée ou un peu plus basse, mais'dans tous les cas, elle représente une capacité résiduelle de chaleur très importance:
, qui a une grande valeur en vue de l'opération subséquente de soudure du joint longitudinal et qui réduit la quantité de @ chaleur à fournir par le four de réchauffage 32. En fait, le tube 30 peut être amenée directement dans l'appareil de soudure 3@, dans lequel la chaleur conservée à la suite de l'opéra- tion donnant à la feuille de métal la forme voulie constitue une économie Importante de la quantité des gaz brûlés mécessai. rement en élevant la température des bords du joint à celle correspondant à la soudures aussi bien qu'une augmentation appréciable de la vitesse de la soudure, pour une consommation déterminée des gaz,
par rapport à la vitesse obtenue avecun métal se trouvant à l'état relativement froide
Cependant, pour réaliser une économie en réduisant la quantité de gaz brûlés pour atteindre la température finale élevée de fusion nécessaire pour la soudure et pour obtenir une augmentation importante de la vitesse linéaire de soudure le tube continu 30 traverse, alors, de préférence, le four 32 qui est chauffé par un combustible ordinaire relataement bon marché, Ce four a une longueuc telle qu'à la vitesse maxima. de déplacement du tube 30 et en chauffant d'une manière appropriée le four, le tube sorte de ce dernier à une taupe rature sérieuse- ment accrue et voisine, de préférence,
de 900 à 1000 C ou peu au-dessous du point de fusion du métal.
Suivant un mode préféré :le construction du four 32,de
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dernier comporte une chambre de combustion surélevée 52 et un long carneau 54, ce dernier ayant une faible section. Le carneau 54 est réalisa, de préférence, par une dépression 56 ménagée dans le fond 58. Ce ond se trouve très voisin d'une voûte adjacente 60 du four précité, :de telle sorte que les gaz de combustion sortant de la chambre 52 traversent l'espace étroit compris entre le fond 58 et la voûte 60 et sont amenés sensiblement en contact avec la petite partie du tube 30 qui est exposée à l'action directe des gaz du tour et quinn'est pas p@ tégée par les parois du carneau 54.
De cette menière, bien que le tube tout entier soit soumis à l'action de la chaleur du four, il n'y a que la région du joint du tube qui se trouve léchée directement par les gaz de combustion eux-mêmes. En outre, la chambre 52 est ménagée à l'extré'nité four 32 par laquelle le tube 30 est envoyé à l'appareil 34 effectuant la soudure. Les gaz sortant de la chambre 52 traversent le carneau .
54 en sens inverse de la direction suivant laquelle se déplace le tube 30 et s'échappent dans l'atmosphère par une cheminée 62 voisine de l'extrémité d'introduction du tube précité. Aussi le tube 30 traverse-t-il une région ou la température est crois' sante, en étant soumis à la température la plus élevée de ce four sensiblement au point auquel le dit tube dort du four précité.
Pour que le fonctionnement du four 32 soit efficace et soit aisément réglé, il est désirable d'utiliser doit de l'huile l&urde, soit du gaz provenant d'un four à coke, soit tout autre gaz dont le prix de revient est bon marché. La quantité d'air admise pour déterminer la combustion peut être réglée de façon à réaliser une combustion incomplète, les gaz entraînent des produits non-oxydés présentant des propriétés réductrices et tendent à éviter toute oxydation possible du métal du tube 30 pendant son passage à travers le four.
Une protection sehsi- blement complète contre une oxydation de ce genre put être
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réalisée en établissant le four 32 sous forme d'un four à moufle et en comptant, pour protèges? le tube 30 contre les agents oxydants, sur l'immobilité sensible des gaz la. partie du four 32 que traverse le tube 30.
Cependant,, pour éviter entièrement la possibilité, Pour le métal, de s'oxyderont peut faire passer, dans la partie précitée du four, un gaz inerte ou sensiblement inactifo
Dans la partie du four 32 que traverse le tube 30, par exemple dans la dépression 56, peuvent être installés des cylindres appropriés 64 pour faciliter le passage du tube, Pour protéger ces parties contre tout risque de combustion, on a recours à un refroidissement par l'eau des dits cylindres et de leurs paliers.
Là où,les efforts exercés sur les cylindres d'entraînement de l'appareil à souder 34 et du laminoir 38 donnai au flan sa forme tubulaire seraient trop importants pour assure- l'alimentation du tube 30 à travers le four 32, des cylindres
66, entraînés synchroniquement avec les autres cylindres en- trainés peuvent être montés soit à l'entrée, soit à la sortie du four 32, soit encore en ces deux points, et ce pour dépla- cer le tube 30 à travers le four précité.
Immédiatement à sa sortie du four de réchauffage 32,le tube 30 est amené en contact avec la première série des cylin- dres 68 de l'appareil à souder 34, dont la réalisation peut être analogue à celle représentée dans le brev et belge 285166 Le plus élevé de ces cylindres peut être pourvu d'une nervure
70 pour guider la région 72 du joint du tube 30 sous les jets de flammes provenant d'un ou de plusieurs chalumeaux 76 de l'appareil 34.
L'extrémité ou les extrémités des chalumeaux sont destinées à envoyer une multitude de jets de flammes très voisins les uns des aùtres et dont la température est élevée ou si possible des jets s'étendant suivant un ruban, le ou les groupes de jets s'étendant sur plusieurs centimètres de la longueur du joint et étant aussi dirigés, de préférence, @
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transversalement de façon à agit sur une surface plutôt que suivant une ligne de chauffage intense. Un dispositif 78 assurant l'amenée d'un fil métallique, peut être combiné avec l'un des chalumeaux 76 ou avec chacun de ces derniers afin d'apporter un appoint de métal au joint en fusion.
Dans le premier cas, il n'y a apport que d'une seule couche de métal. Cependant, si une fente suffisante a été ménagée entre les bords voisins ou en contact du joint 72, une série de fils métalliques peut être disposée de façon couler successivement dans cette rainure une certaine quantité de ce métal en fusion.
Le mode de chauffage peut être celui indiqué dans le brevet belge 285241, dans lequel une partie des flammes ou toutes ces flammes sont dirigées vers des points situés à une certaine distance des bords du tube 30; ou bien ces bords euxmêmes peuvent être soumis à l'action de la chaleur directe provenant du chalumeau 76. Dans le premier cas, les bords des joints peuvent être fondus et forées de se réunir en un tout lorsque ces bords sont amenés ou pressés ensemble spus l'action de cylindres de soudure 80 proprement dits. Ces cylindres peuvent agir simplement de façon à rapprocher l'une de l'autre les régirons des bords sans exercer effectivement de pression sur la soudure.
Cependant, si l'on désire réaliser un joint soudé plein ou renforcé, les cylindres 80 peuvent être rapprochés dans le but d' exercer une pression de façon à comprimer le métal fondu ou plastique. La pression déter- minée entre 1 ea cylindres peut être également utilisée pour améliorer la structure du métal du joint.
Dans l'autre cas, les bords seuls sont chauffés alors qu'ils se trouvent à uhe certaine distance l' un de l'autre.
Parce procédé, il se forme une couche ou pellicule de métal fondu qui s'attache au métal non fondu. Le tube 30 passe ensuite entre les cylindres 80 qui rapprochent rapidement ou
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serrent l'un contre l'autre les bords portant la pellicule fondue, ce qui détermine ce métal à se réunir pour former un joint homogène. Si une pression suffisante se trouve appliquée il peut se former des bavures qui peuvent être fondues par le ou lea derniers jets.
Lorsque la section du tuyau à travailler le permet, un chalumeau 82 utilisé en vue de la soudure du tuyau,peut être suspendu à l'intérieur du tube 30, par exemple par un bras 84 d'un moyeu à croisillons s'étendant vers le bas au travers d'un joint ouvert 72. Lorsqu'on utilise un bras de ce genre,, la nervure 70 du cylindre 68 peut être supprimée.
Les flammes sortant du chalumeau 82 sont dirigées vers le haut contre les bords intérieurs du joint 72 et aident ainsi aux chalumeaux 76 à assurer la pénétration désirée de la soudureo Il est bien entendu que, même sans la. présence du chalumeau 82, on peut obtenir:, avec le chalumeau ou les chalumeaux 76 disposés à l'extérieur du tube, une pénétration complète de lasoudure. La présence du chalumeau . 82 assure une vitesse plus grande et une opération plus efficace en combinaison avec le chalumeau 76, combinaison qui est parti- culièrement avantageuse dans le cas de grands tuyaux à parois épaisses. De cette manière, un nombre de chalumeaux supérieur à un peut être utilisé à l'intérieur du tuyau.
Ainsi qu'il est bien conny, les produits de la combustion de la flamme soudante oxy-acétylènique sont l'hydrogène et l'oxyde de carbone qui sont tous deux des réducteurs actifs. Ces gaz constituent l'enveloppe qui brûle à urne certaine distance du point où la soudure a été effectuée,, Une proportion importance de ces gaz est obligée de s'engager:
, par le joint 72, à l'intérieur dutube 30, et d'y circuler en se déplaçant vers le four 32 et vers l'autre extrémité du tube 30 dont l'intérieur se trouve ainsi protégé contre toute oxydation quelconque,
Puisque l'opération de soudure donne naissance àune longue ébauche de métal fondu et que le tube se déplace tapidement, des
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cylindres supplémentaires 88 peuvent être nécessaires pour maintenir la soudure jusqu'à ce qu'elle ait pris suffisamment Ces cylindres peuvent avoir également pour rôle de travailler le métal de la soudure.
Après les cylindres supplémentaires 88, le tube à joint fermé 90 es@ saisi par les cylindres calibreurs 92 qui réduisent le tube aux dimensions et à la forme finales désirées et peuvent également servir à travailler le métal de la soudure.
Lorsqu'un renforcement sensible est déterminé par le cylindre soudeur 80, on peut désirer que le joint soudé affecte la forme @utube, et ce par un moyenmécanique, Un couteau rotatif ou un cylindre d'écrasement établis suivant une construction quelconque peuvent être prévus pour enlever ce métal en excédent au moment ou le tube 90 se déplace d'une manière continue en sortant de l'appareil 34.
Le tuyaiu continu qui se déplace est alors sectionné suivant les longueurs désirées par un instrument approprié pu connu qui est constituée de préférence , par la cisaille périphérique 36 pourvue d'un chalumeau 94 effectuant le sectionnement sous l'action d'une flamme alimentée par de l'oxygène et monté sur un support 96 mobile le long d'une voie 98.
Un mandrin pneumatique 100 constitue un dispositif per.. mettant de saisir par serrage le tube afin que le support du chalumeau puisse se déplacer avec le tube précité, Le chalumeau 94 peut être monté sur undisque rotatif,102 permettant au tube 90 d'avoir un déplacement longitudinal. En faisant tourner le disque 102 alors que le mandrin 100 maintient par serrage le tube, le chalumeau peut être déplacé autour de ce dernier de façon à déterminer le sectionnement d'une longueur prédéterminée, le support 96 se déplaçant longitudinalement avec le tube.
Ce mode d'opérer permet de réaliser une grande économie et des vitesses élevées pour la fabrication de tubes soudés par
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fusion à la chaude soudante. Des résultats directe de ce procédé résident dans le maintien de la chaleur, la facilité de donner au métal chaud une forme tubulaire, la vitesse du réchauffage, la suppression ou la réduction des efforts de distorsion, la grande économie des gaz utilisés dans les chalumeaux pxy-acétyléniques et le rendement élevé dans la production :le tubes parfaits soudés par fusiono Les pertes de riblons sont réduites au minimum,le dressage des extrémités des flan@ déterminent les seules pertes.
Comme le métal est travaillé à chaud, on évite la production d'extrémités en biseau même si l'on n'a pas recours à une soudure bout à bout, comme cela peut être le cas si le flan métallique est primitivement constitué par des très longues sections.
Il est bien entendu que les opérations du laminoir 14, des cisailles 18 et 20, du laminoir 28 et de l'appareil 34 effectuant la soudure doivent être synchronisées de façon qu'entre chacune de ces opérations successives, le métal se refroidisse le moins possible et également pour rendre continu le procédé dont d'agit.
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R e v e n d 1 c a t 1 o n s :=t==t=.=t9.={).= =e=s!t.=ti 1/ Procédé de fabrication de tubes spndés la chau.esounte comprenant la transformation d'une flan métallique, alors qu'il est encore chaud, en un tube ouvert à l'endroit du joint, le tube qui se déplace conservant une chaleut telle que les bords du joint sont portés à la température de fusion et sont réunis par une soudure par fusion, 2/ Procédé suivant dans lequel la chaleur du tube est augmentée
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en faisant passer ce dernier a travers un fou" avant l'opération de soudure.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Method of manufacturing hot-welded tubes.
The present invention relates to a method of manufacturing hot-weld fusion welded pipes and tubes.
In the manufacture of hot-welded tubes, the practice heretofore has been to cast the metal in the form of ingots, and then to form closed blanks using these molded ingots., After hardening of the metal, the blanks were stretched. in the form of long and narrow strips of metal designated, in a known manner, under the name of metal blanks which were then given a tubular shape by drawing through templates or by passing through rolling mills. The joint was then closed by any welding operation.
During some of these operations, there was a loss of heat, the metal being heated before the start of an operation.
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then cooling down to the. end of this operation and being heated again after a certain time for the next operation. The metal was subjected to a large effirt for formation to the tube, then the welded joint was subjected to peripheral stresses due to the elasticity of the metal.
In addition, the welds produced were usually adhesion welds and therefore did not exhibit low resistance, the operations required the presence of skilled men in determining the actual temperature at which the metal was located. before welding and the tube had to be heated to a temperature @ @ much higher than that required by this welding, and this because of heat loss by radiation, which resulted in crushing, bending or burning of the tube , or all these disadvantages at the same time and the ends of each of the tube sections thus produced had to be cut because of the Imperfections they could present)
Oxy-ketylene torch welding has been used in industry to weld longitudinal joints of thin-walled tubing -, * but it has not been considered to be an economical process for the manufacture of pipes with low walls. large dimensions and having thick walls, due to the low linear welding speeds, and hence the high cost price of the product.
The object of the present invention is to indicate a process for the manufacture of pipes and tubes welded by fusion with the hot welding, process carried out in such a way that the losses of heat are reduced to the minimum @@ m, that long sections of. pipes can be manufactured with little waste, that relatively high linear welding speeds can be achieved and that the finished product has a uniform section and a wall of equally uniform thickness and a weld having substantially the same resistance. better than
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that of the metal itself.
Although the process in question applies to the manufacture of pipes of all sizes, it is intended primarily for the manufacture of pipes with thick walls and large diameter; thus, for example, the present invention makes it possible to manufacture pipes with a diameter of up to 60 cm. and wall thickness up to 12.5mm, although even larger and thicker pipes can be obtained if desired.
In accordance with the present invention, hot melt fusion welded pipes and tubes are made by a process comprising converting a metal blank into an open tube; at the location of the joint while this blank is hot and the moving tube retains sufficient heat to bring the parts of the joint to fusion and join them together by fusion welding.
Preferably, a mass of ferrous metal heated to a temperature at which the metal must work is passed successively through rolling mills in order to form sheets, plates or fàans, then to transform these sheets or these blanks into open tubes. 'place of the joint, then after heating or without reheating, but, in all cases, taking advantage of the heat retained by the metal, the joint is closed by fusion and solidification. It is understood that long blanks or parts of metal lying at one tem. temperature for hot rolling are so-. and long sections of metal sheets or blanks are formed.
The term blank * is intended to indicate any solid mass of ferrous metal, such as steel or pig iron which is capable of being worked to form a long and relatively tight sheet or plate, which may be referred to as name of "flan".
The implementation of the method in question is shown, is
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by way of example and in schematic form, in the accompanying drawings, in which:
Figs, 1, 2 and 3, when they are placed end to end in the aforementioned order, represent an elevational view of an installation produced in accordance with the invention and of which certain parts are shown in section to make understand their construction;
Fig. 4 is an elevational view, taken on a larger scale, of the appliance carrying out the welding of the transverse joint and shown in FIG. 1;
Figs. 5, 6, 7, 8, 9 and 10 are sections of the metal sheet, the deformation of which is indicated after passing through the corresponding rolling mills of FIG. 2, each section of the metallic sheet lying below the envisaged rolling mill.
Fig. It is a cross section taken along the line II-II of fig, 2 showing a construction detail explaining the mode of guiding the deformed metal sheet which is brought to the last rolling mills which give it the desired shape and the desired caliblre ;
Fig. 12 is a cross section taken along line 12-12 of FIG. 3 and showing the method of carrying out the reheating cycle;
Fig. 13 is an elevational view, taken on a larger scale, of part of the apparatus carrying out the welding and shown in FIG. 3;
Fig. 14 is an elevational view, taken on a larger scale, of the shears shown in FIG, 3.
The apparatuses shown in the drawings comprise a furnace 10, in which, blanks 12 or similar masses of metal, to be worked with the aid of a hot-working rolling mill 14, are heated to about 1200 ° C. that this temperature should not be considered as a limit. e rolling mill 14
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can be any type of device receiving the mass of metal, such as the blank 12, and reducing the cross section. versal of the latter to celle a long sheet or relatively narrow strip 16, which may be referred to as the "blank".
Blank 16 passes from lam @ black 14 through the shears
18 and 20, after which the sheets 22, thus formed, are directed to a suitable apparatus 24 intended to carry out the welding of the transverse joint at this point ;, the aforementioned sheets are joined end to end so as to form a continuous strip 26. The latter is then brought into a rolling mill 38 for tubes, in which it is transformed into a tube 30 open at the location of the joint.
This tube 30 passes continuously through the reheating furnace 32, from where it is fed into the welding apparatus 34, in which the joint is fusion welded.
The moving continuous pipe can then be cut into sections of predetermined length using a suitable device, such as the peripheral shear 36.
1 the outlet of the rolling mill 14, is formed a metal blank
16 having approximately, or possibly having quite the exact width desired for the manufacture 3 a pipe having a determined diameter. Furnace 10 and rolling mill 14 may preferably be set up to match and work large relatively long masses of metal so that the produced blank can be of considerable length. For this purpose, use is more particularly made of a rolling mill capable of acting on sheets having a length of 50 meters or more, that is to say a rolling mill of which the release table has a length of around 100 meters or more.
In its drawings only one fixed black strip has been shown, but it is understood that the rolling mill can be constituted by several rolls each of which achieves a predetermined reduction. Number of
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passes required in such a case is determined by the characteristics of the metal and the desired reduction in the cross section of the blank.
End cylinders can be associated with the rolling mill 14 to limit the width of the blank formed and thus determine in advance the diameter of the pipe when finished. On leaving the rolling mill 14, the metal blank is refroititver @ 800 or at a higher or lower temperature,
The presence of shears 18 and 20 has a dual purpose, namely t that of cutting the metal blanks to a desired width and that of raising the ends of this blank.
The first operation can be omitted by the use of terminal rolls combined with the rolling mill 14, as has been described above: When no such rolls are used, the shears 18 used to dress the edges of the metal blank 16 can be produced according to any desired type, for example in the form of rotary shears, a hot saw or lever shears. The apparatus used to dress the edges of the blank can be mounted so as to present a bevel edge in the case where the metal is very thick, because this arrangement facilitates the penetration of the weld.
The shears 20, with square sections intended to straighten the transverse edges of the blanks, can be produced according to the type of the saw or the lever shears. The cis @ illes
20 sever the blank 16 at its ends so as to form edges which are substantially perpendicular to the direction in which the blank travels.
Rollers which can be driven by a driving force, in the case of processing heavy sheets or plates, are mounted, preferably on the table of the rolling mill 14 between the latter and the shears 18, between the shears 18 and 20, and side of the shears 20 through which the blank leaves to go to the device 24 performing the welding of the transverse joint.
At this device 24, the ends of two @ ..
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consecutive sheets which come into contact with each other are brought together so as to touch each other and then clamped and the joint thus formed is closed by a weld.
At this stage of the process, the metal has lost most of the heat, although its temperature may have fallen to around 650 ° C and is then ready to be worked in rolling mill 28, between the end of rolling mill 14 and the rolling mill in which the tube is formed, is provided a very large distance to allow the blank to be subjected to the action of the shears and to the transverse welding operations and to coordinate the substantially intermittent movement of the blank leaving the rolling mill 14, the intermittent operation of the apparatus 24 carrying out the welding and the continuous operation of the rolling mill 28.
The apparatus 24 for making the welding of the transverse joint is preferably mounted on a support 58 capable of sliding so as to move longitudinally with the sheets 22, while the torches 40 are supported by carriages 42 are moved transversely by connection to the movable sheet ,, Thanks to clamping members 44 which operate mechanically, the ends of the sheets are immobilized by being in contact with each other after being brought into these positions by the adjustment mechanism 46.
The torches 40 are then moved transversely to the joint in order to weld the sheets together. The welding of the transverse joints could be carried out by a hand operated torch.
The distance separating the shears from the rolling mill in which the tubes are formed is about 65 meters, a number which, like all the other figures given in the memorandum, should be taken as examples-A roller conveyor 48, driven by a small drive device to be mounted so as to bring the continuous sheet 26 to the rolling mill 28, in which, thanks to a series of rollers, the sheet brought to a temperature
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is bent in a known manner so as to constitute a tube 30 of which the longitudinal ends of the sheet are brought into substantially contact with one another although they may be separated;
still the metal can take the form of a tubular blank widely open or still take the form of a U to later receive its final shape.
The particular construction of said rolling mill giving the mechanical blank the desired shape does not form a specific part of the present invention, except as regards the means of obtaining a metal having more or less a tubular shape, and this in a manner. continuous, starting from a metal heated to a certain temperature and, in the 'preferred cases, after stretching or elongation.
The apparatus may be provided with a feed device 50 driven by the motive force and intended to engage the sheet 26 between the rolls of the first series of rollers. The following operations, intended to give the pipe the shape it should have, can preferably be carried out in the form shown in the consecutive figures s
5 to 10 inclusive shown under the corresponding rolling mills of fig. 2, rolling mills which determine the indicated deformation
Each of these rolling mills is provided, preferably with water-cooled bearings, continuously receives the sheet 26 in the form it is in and immediately, continuously as well. , the latter in a tube.
Appropriate stirrups: guidance can be provided between consecutive rolling mills. Between the last two rolling mills, a yoke 51, provided with a rib, can guide the tube towards the rolling mills which are intended to carry out the final operation, after which the metal receives the required shape and dimensions before passing through. the apparatus performing the weld. 'location
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and ,, inclination of the yoke 51 are determined in a suitable manner to combine with the presence of a rib located in the same plane on the apparatus 34 carrying out the welding.
At the end through which the tube escapes from rolling mill 28, the temperature of the metal has fallen to around 54090. At the stage of the process, the temperature may be a little higher or a little lower, but in all cases, it represents a very important residual heat capacity:
, which is of great value in view of the subsequent operation of welding the longitudinal seam and which reduces the amount of heat to be supplied by the reheating furnace 32. In fact, the tube 30 can be fed directly into the heating apparatus. 3 @ weld, in which the heat retained as a result of the operation giving the metal sheet the desired shape constitutes a Significant saving in the quantity of the gases required to be burnt. by raising the temperature of the edges of the joint to that corresponding to the welds as well as an appreciable increase in the speed of the weld, for a determined consumption of gases,
with respect to the speed obtained with a metal in a relatively cold state
However, to achieve economy by reducing the amount of flue gas to reach the high final melting temperature necessary for the weld and to obtain a large increase in the linear welding speed the continuous tube 30 is then preferably passed through the furnace. 32 which is heated by relatively inexpensive ordinary fuel. This furnace has such a length that at maximum speed. of displacement of the tube 30 and by appropriately heating the furnace, the tube exits the latter to a seriously increased and close mole rature, preferably,
from 900 to 1000 C or little below the melting point of the metal.
According to a preferred mode: the construction of the furnace 32, of
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the latter comprises a raised combustion chamber 52 and a long flue 54, the latter having a small section. The flue 54 is produced, preferably, by a depression 56 formed in the bottom 58. This corrugation is very close to an adjacent vault 60 of the aforementioned furnace,: such that the combustion gases leaving the chamber 52 pass through the narrow space between the bottom 58 and the vault 60 and are brought substantially into contact with the small part of the tube 30 which is exposed to the direct action of the gases of the tower and which is not protected by the walls of the flue 54.
In this way, although the entire tube is subjected to the action of the heat of the furnace, it is only the region of the seal of the tube which is licked directly by the combustion gases themselves. In addition, the chamber 52 is provided at the furnace end 32 through which the tube 30 is sent to the apparatus 34 carrying out the welding. The gases leaving the chamber 52 pass through the flue.
54 in the opposite direction to the direction in which the tube 30 moves and escape into the atmosphere through a chimney 62 adjacent to the introduction end of the aforementioned tube. Also the tube 30 passes through a region where the temperature is increasing, being subjected to the highest temperature of this furnace substantially at the point at which said tube sleeps in the aforementioned furnace.
In order for the operation of the furnace 32 to be efficient and easily controlled, it is desirable to use either heavy oil, either gas from a coke oven or any other inexpensive gas. . The quantity of air admitted to determine the combustion can be adjusted so as to achieve incomplete combustion, the gases entrain non-oxidized products having reducing properties and tend to avoid any possible oxidation of the metal of the tube 30 during its passage through. the oven.
Sehsirably complete protection against such oxidation could be
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carried out by establishing the furnace 32 in the form of a muffle furnace and counting, for protections? the tube 30 against oxidizing agents, on the substantial immobility of gases 1a. part of the oven 32 through which the tube 30 passes.
However, to avoid entirely the possibility, For the metal, of oxidizing can pass, in the aforementioned part of the furnace, an inert or substantially inactive gaso
In the part of the furnace 32 through which the tube 30 passes, for example in the depression 56, suitable cylinders 64 may be installed to facilitate the passage of the tube. To protect these parts against any risk of combustion, recourse is had to cooling by the water of said cylinders and their bearings.
Where, the forces exerted on the drive rolls of the welding apparatus 34 and the rolling mill 38 would give the blank its tubular shape would be too great to ensure the feeding of the tube 30 through the furnace 32, the rolls
66, driven synchronously with the other driven rolls, can be mounted either at the inlet or at the outlet of the furnace 32, or also at these two points, in order to move the tube 30 through the aforementioned furnace.
Immediately on leaving the reheating furnace 32, the tube 30 is brought into contact with the first series of cylinders 68 of the welding apparatus 34, the construction of which may be similar to that shown in Belgian patent 285166 Le higher of these cylinders can be provided with a rib
70 to guide the region 72 of the joint of the tube 30 under the jets of flame from one or more torches 76 of the apparatus 34.
The end or ends of the torches are intended to send a multitude of jets of flames very close to each other and whose temperature is high or if possible jets extending along a ribbon, the group or groups of jets s' extending several centimeters the length of the joint and also being preferably directed, @
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transversely so as to act on a surface rather than along a line of intense heating. A device 78 ensuring the supply of a metal wire, can be combined with one of the torches 76 or with each of the latter in order to provide additional metal to the molten joint.
In the first case, there is only a single layer of metal added. However, if a sufficient slot has been made between the neighboring edges or in contact with the gasket 72, a series of metal wires can be arranged so as to successively flow into this groove a certain quantity of this molten metal.
The heating mode can be that indicated in Belgian patent 285241, in which part of the flames or all of these flames are directed towards points located at a certain distance from the edges of the tube 30; or these edges themselves may be subjected to the action of direct heat from torch 76. In the former case, the edges of the joints may be melted and drilled to unite as a whole when these edges are brought or pressed together spus. the action of welding cylinders 80 proper. These cylinders can act simply so as to bring the rulers of the edges closer together without actually exerting pressure on the weld.
However, if it is desired to achieve a solid or reinforced welded joint, the cylinders 80 can be brought together for the purpose of exerting pressure so as to compress the molten metal or plastic. The determined pressure between the cylinders can also be used to improve the metal structure of the seal.
In the other case, the edges alone are heated while they are at a certain distance from each other.
Because of this process, a layer or film of molten metal forms which attaches to the unmelted metal. The tube 30 then passes between the cylinders 80 which rapidly approach or
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squeeze the edges carrying the molten film together, causing this metal to come together to form a seamless seal. If sufficient pressure is applied burrs may form which can be melted by the last jet (s).
When the section of the pipe to be worked allows it, a torch 82 used for the welding of the pipe, can be suspended inside the tube 30, for example by an arm 84 of a spider hub extending towards the center. low through an open joint 72. When using such an arm, the rib 70 of the cylinder 68 can be omitted.
The flames exiting the torch 82 are directed upward against the inner edges of the gasket 72 and thus help the torches 76 to provide the desired penetration of the weld. Of course, even without the. presence of the torch 82, it is possible to obtain:, with the torch or torches 76 arranged outside the tube, complete penetration of the weld. The presence of the torch. 82 provides higher speed and more efficient operation in combination with torch 76, a combination which is particularly advantageous in the case of large, thick wall pipes. In this way, a number of torches greater than one can be used inside the pipe.
As is well known, the combustion products of the oxy-acetylene weld flame are hydrogen and carbon monoxide which are both active reducing agents. These gases constitute the envelope which burns at a certain distance from the point where the welding has been carried out. A significant proportion of these gases is obliged to engage:
, by the seal 72, inside the tube 30, and circulate there by moving towards the furnace 32 and towards the other end of the tube 30, the interior of which is thus protected against any oxidation whatsoever,
Since the soldering process gives rise to a long blank of molten metal and the tube moves slowly,
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Additional cylinders 88 may be needed to hold the weld until it has set sufficiently. These cylinders may also be used to work the metal of the weld.
After the additional rolls 88, the closed seam tube 90 is gripped by the sizing rolls 92 which reduce the tube to the desired final size and shape and can also be used to work the weld metal.
When substantial reinforcement is determined by the welder cylinder 80, the welded joint may be desired to assume the shape of the tube by mechanical means. A rotary knife or crush cylinder established in any construction may be provided to. remove this excess metal as the tube 90 moves continuously out of the apparatus 34.
The continuous pipe which moves is then cut to the desired lengths by a suitable or known instrument which preferably consists of the peripheral shear 36 provided with a torch 94 performing the cutting under the action of a flame supplied by oxygen and mounted on a support 96 movable along a track 98.
A pneumatic mandrel 100 constitutes a device for gripping the tube by clamping so that the torch support can move with the aforementioned tube. The torch 94 can be mounted on a rotating disc, 102 allowing the tube 90 to have a longitudinal displacement. By rotating the disc 102 while the mandrel 100 clamps the tube, the torch can be moved around the latter so as to determine the severing of a predetermined length, the support 96 moving longitudinally with the tube.
This mode of operation makes it possible to achieve great economy and high speeds for the manufacture of tubes welded by
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hot melt fusion. Direct results of this process lie in the maintenance of heat, the ease of giving the hot metal a tubular shape, the speed of heating, the elimination or reduction of distortion forces, the great economy of the gases used in pxy torches -acetylenic and high production efficiency: the perfect tubes welded by fusiono Scrap losses are reduced to a minimum, the straightening of the ends of the blanks determines the only losses.
As the metal is hot worked, the production of bevelled ends is avoided even if butt welding is not used, as can be the case if the metal blank is originally formed by very long sections.
It is understood that the operations of the rolling mill 14, of the shears 18 and 20, of the rolling mill 28 and of the apparatus 34 carrying out the welding must be synchronized so that between each of these successive operations, the metal cools as little as possible. and also to make the process continuous.
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R evend 1 cat 1 ons: = t == t =. = T9. = {). = = E = s! T. = Ti 1 / Process for manufacturing tubes spndés the chau.esounte comprising the transformation of a blank metallic, while still hot, into an open tube at the joint, the moving tube retaining a heat such that the edges of the joint are brought to melting temperature and are joined by fusion welding , 2 / Following process in which the heat of the tube is increased
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by passing the latter through a crazy "before the welding operation.
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