Procédé de fabrication de tubes d'acier et autres métaux
sans soudure
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de tubes d'acier et autres métaux sans soudure, directement en partant de métal fondu et son but est de perfectionner les procédés existants pour simplifier le mode de travail en supprimant toutes les opérations inutiles et nuisibles, afin d'obtenir sensi� blement l'uniformité avec une structure métallique perfectionnée du produit obtenu.
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de fabrication de tubes sans soudure, consiste à mouler des lingots en partant de métal en fusion, à laisser ces lingots se solidifier et à les réchauffer dans des pits ou fours de réchauffage, d'où ils sont laminés dans des trains dégrossisseurs pour donner de grands blooms carrés qui, après refroidissement, sont réchauffés et laminés dans des trains appropriés pour donner naissance à des pièces rondes ou billettes cylindriques, dont la grosseur dépend du diamètre et de l'épaisseur du tube devant être fabriqué ensuite.
Après qu'on a laissé refroidir les billettes cylindriques pour permettre leur vérification, elles sont coupées de longueur, réchauffées, centrées en donnant un coup de pointeau central ou axial dans une extrémité, puis percées dans un train perceur, dans lequel une billette cylindrique tourne rapidement, une tête perceuse étant refoulée aussi axialement que possible à travers la billette pour former un tube demi-fini ayant une paroi épaisse qui peut être réduite dans un train de laminoirs suivant pour former un tube fini.
Une simple énumération des opérations de travail mécaniques successives et des fréquentes opérations de chauffage et de refroidissement est suffisante pour montrer qu'on perd inutilement beaucoup de temps, de main-d'oeuvre et qu'on expose des frais inutiles dans la fabrication de tubes sans soudure par le procédé habituel. En outre, les diverses opérations, depuis le moulage du lingot jusqu'au percement de la billette cylindrique ont Plutôt pour résultat de nuire à l'uniformité de grosseur,
à la concentriez et à la structure physique du métal qui sont nécessaires pour donner un tube sans soudure tout-..
fait satisfaisant, qu'à obtenir ces qualités.
En premier lieu, le moulage du métal fondu en lingots développe les défauts bien connus des retassement, cavités, criques, liquation, ségrégation et cristallisation, auxquels on peut ajouter d'autres défaut tels qu'inclusions de croûtes et de scories, qui doivent nécessairement être enlevées ou retirées par des opérations subséquentes faites sur le métal du lingot.
Ensuite, l'opération de percement est la plus difficile et la plus dure opération à laquelle de l'acier ou autre métal peut être soumis, parce que le perçage du métal implique une rupture complète de ce métal qui, dans la pratique du perçage est accompagnée par une torsion afin de déplacer le métal et cette opération de perçage déforme le grain du métal et développe des ef-
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certaine mesure la structure homogène du métal qui doit avoir résulté des opérations de chauffage et de laminage antérieures.
Ce qui est encore plus important est qu'en exécutant l'opération de perçage il est impossible d'assurer un perçage exactement concentrique et d'empêcher le déplacement du métal par l'outil de perçage, parce qu'il n'y a pas de support de centrage pour la tête de cet outil,
le seul support de centrage de cet outil se trouvant à l'extrémité postérieure de son mandrin, qui peut être
à un mètre ou plus de la tête perceuse, suivant la longueur de la billette cylindrique, en laissant la tête perceuse libre d'être déviée par des inégalités qui exis-
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est soumis à la rupture et déplacé par la tête perceuse. Il résulte de cette difficulté inhérente à la pra-tiqua actuelle de perçage de billettes cylindriques qu'il est impossible de faire des tubes sans soudure vraiment concentriques ayant une paroi .d'épaisseur uniforme, parce que la déviation de la tête perceuse
du centre exact produit des parois de tube d'épaisseur inégale qui ne peuvent pas être rectifiées par des lami" nages subséquents.
Le but de la présente invention est de supprimer de la pratique actuelle de fabrication de tubes sans soudure
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fage de ces lingots, laminage en blooms carrés, réchauf. fage et laminage en billettes cylindriques rondes, puis perçage de ces billettes, et de supprimer les difficultés et malfaçons inhérentes à ces opérations exécutées sur
le métal.
De plus, l'invention vise à faire des tubes sans soudure vraiment concentriques à parois d'épaisseur et
de structure physique du métal uniformes, ainsi qu'à éviter de passer un temps excessif et d'engager les
frais de main-d'oeuvre qu'impliquent la fabrication de tubes sans soudure imparfaite suivant la pratique actuelle.
On obtient ces résultats par la présente invention, suivant laquelle le métal fondu est tout d'abord conformé par l'action de la force centrifuge dans un moule tubulaire ayant un diamètre déterminé par la grosseur du
tube devant être fini, le métal étant moulé avec une percée axiale concentrique relativement petite, ayant
un diamètre qui peut être d'environ un tiers du diamètre du moule, puis le métal est travaillé et déplacé près
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mité antérieure est guidée, pilotée et supportée par la percée axiale, de façon à la maintenir constamment dans A une position exactement concentrique, afin de former un
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formation ou déplacement inégal du métal.
De cette façon, le présent procédé permet de
faire un tube demi-fini directement en partant de métal fondu, sans réchauffage , en le conformant par la force centrifuge dans un moule tubulaire avec une percée axiale concentrique et en déplaçant ensuite ooncentriquement le métal autour de la percée par un outil repousseur,qui travaille la structure la plus granuleuse du métal autour de la percée qui est due au moulage par la force centrifuge de ce métal, pour avoir une structure physique sensiblement uniforme avec la structure du métal se trouvant à la périphérie ou près de la périphérie du tube demi-fini.
On fait ensuite passer le tube demi-fini par un ou plusieurs laminoirs pour l'allonger, pour amincir ses parois et pour produire le tube fini désiré ayant le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi nécessaires.
Les dessins annexés représentent plus ou moins sohématiquement un appareil servant à la mise en oeuvre
de l'invention.
La fig. 1 est un plan de la machine à mouler centrifuge.
La fig. 2 est une coupe-élévation axiale suivant la
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La fig. 3 est une coupe transversale suivant la ligne
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La fige 4 est une vue de l'extrémité avant de la machine montrant le déversoir pivotant.
La fig. 5 est une vue partielle, illustrant une variante des cylindres inclinés d'une machine à percer
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tion de repoussage de la présente invention.
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d'urne machine à percer Stiefel, montrant la tête du mandrin modifiée dans la cadre de la présente invention.
La'fig. 7 est une vue schématique montrant l'opération de laminage de finition d'un tube en partant d'un tube demi-fini fabriqué conformément au présent procédé.
Les mêmes références désignent les mêmes pièces dans toutes les figures.
Une ébauche cylindrique 7, comportant une percée axiale concentrique 8, peut être faite dans un moule annulaire, composé d'une chemise intérieure en fer
moulé de préférence amovible 9, montée dans une enveloppe ou carcasse de moule tubulaire 10, comportant des brides périphériques 11, munies de bandages annulaires 12, montés à rotation dans des chaises-paliers désignées d'une façon générale par 13.
Chaque chaise-paliers 13 comprend, de préférence,
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paliers 15, portés par chaque chaise 13. Ces roues à joues 14 constituent un support pour le moule 10, par l'intermédiaire de ses bandages 12; ce moule se trouve ainsi monté à rotation sur ces roues 14.
Le moule 10 peut être mis en rotation par tout dispositif convenable, tel qu'un moteur 16, comportant un arbre 17, tournant dans un mécanisme démultiplicateur 18 et entraînant l'arbre creux 19, qui est directement relié à l'enveloppe ou carcasse 10 du moule, par tout dispositif approprié, tel qu'un accouplement à bride 20. Les chaisespaliers 13, le moteur 16 et le mécanisme démultiplicateur
18 peuvent tous être montés sur une plate-forme 21 de <EMI ID=12.1>
Le déversoir de coulée 22, comportant un canal 23, muni de préférence d'un ajutage en acier 24, destiné
à être introduit dans l'ouverture axiale 25, prévue dans la plaque de fond amovible 26 du moule cylindrique
10, est monté sur des bras 27, se détachant latéralement d'un arbre vertical 28, monté à pivot dans un support vertical 29, porté par la plate-forme 21.
Du métal en fusion, qui a été affiné dans un four électrique ou au four Siemens-Martin, puis coulé dans une poche de coulée 30. est versé de cette poche de coulée par son ajutage 31 dans le déversoir de coulée 22, à une température supérieure à 1430[deg.] C. Le métal fondu coule ensuite par le canal 23 et l'ajutage 24 dans l'intérieur du moule ménagé dans la chemise de préférence, en fer moulée 9 du moule 10.
En même temps, le moule est mis en rotation par le moteur 16 à une vitesse périphérique suffisante pour que le métal fondu subisse l'action de la force centrifuge pour former l'ébauche cylindrique 7, à percée axiale concentrique 8, ayant un diamètre-qui peut être le tiers du diamètre intérieur de la chemise 9 du moule.
Pendans la coulée, la température du métal est supé-
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fluide pour subir l'action de la force centrifuge afin
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Le déversoir 22 peut ensuite être tourné autour de son arbre 28 et pivote vers l'extérieur dans la position représentée en pointillé dans la fig. l, après quoi la plaque de fond 26 p.eut être retirée du moule 10, de façon que l'ébauche cylindrique moulée 7 puisse être démoulée du moule en introduisant tout outil de démoulage ou de poussée convenable dans l'ouverture longitudinale
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que 7 est ensuite placée de préférence dans un four de maintien de température, de façon à conserver la chaleur de moulage initiale de cette ébauche.
L'ébauche cylindrique 7, pendant qu'elle contient
sa chaleur de moulage initiale, est reprise dans le four de conservation de température et on la fait passer par un train de laminoirs dilateurs, désigné d'une façon générale par 33 (fig. 5), qui peut être une forme modifiée du laminoir à percer de Mannesmann, dans lequel l'ébauche cylindrique 7 est mise en rotation et passée longitudinalement dans la direction des flèches de la fig. 5, sur la tête ou outil dilateur 34, monté sur le mandrin 35.
Cet outil dilateur 34 comporte de préférence une extrémité pointue 36, formée en cône sur la partie
pilote de préférence cylindrique 37, qui précède ellemême une partie dilateuse tronconique 38,.suivie d'un corps cylindrique 39.
La partie pilote cylindrique 37 de cet outil dilateur a un diamètre sensiblement égal à la percée concentrique 8 de l'ébauche cylindrique 7, de sorte que cette partie pilote 37 entre concentriquement dans la percée 8 de l'ébauche 7 lorsqu'une extrémité de l'ébauche est poussée dans le laminoir dilateur 33.
Pendant l'action d'avancement rotatif subséquente assurée par les cylindres 40 du laminoir dilateur, la partie pilote 37 de l'outil dilateur 34 est continuellement centrée et supportée dans la percée concentrique 8, comme dans un palier de tourillon, de sorte que la partie dilateuse 38 de l'outil 34 produit la dilatation concentri.
quement et travaille le métal de l'ébauohe 7 en le repoussant vers l'extérieur en coopération avec les
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des parois d'épaisseur constante et uniforme.
Selon une variante, l'ébauche 7 peut être prise dans le four de conservation de température et passée par un laminoir dilateur 33' (fig.6), qui peut être
une forme modifiée du laminoir à percer de Stiefel,dans lequel l'ébauche cylindrique 7 est mise en rotation et passée longitudinalement dans la direction des flèches représentées dans la fig. 6 sur la tête ou outil dilateur 34', montée sur le mandrin 35'.
Cet outil dilateur 34' comporte de préférence une extrémité pointue 36', formant un cône partant de la partie pilote, de préférence cylindrique 37', s'étendant devant la partie dilateuse tronconique 38', précédant
la partie cylindrique 39'.
La partie pilote cylindrique 37' de l'outil dilateur a un diamètre sensiblement égal à la percée concentrique 8 de l'ébauche cylindrique 7, de sorte qu'elle entre concentriquement dans la percée 8 de l'ébauche 7, lorsqu'une extrémité de l'ébauche est poussée dans le laminoir dilateur 33'.
Pendant le mouvement d'avancement rotatif subséquent imprimé par les disques 40' du laminoir dilateur, la partie pilote 37' de l'outil dilateur 34' est continuelle-
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de sorte que la partie dilateuse 38' de l'outil 34' produit la dilatation concentriquement et repousse le métal de l'ébauche 7 vers l'extérieur, en coopération avec les cylindres 40' pour produire un tube demi-fini 8', ayant des parois d'épaisseur constante et uniforme, Le tube demi-fini 8' produit en faisant passer l'ébauche cylindrique 7 soit par une forme modifiée du laminoir à percer de Mannesmann, soit par une forme modifiée de celui de Stiefel, est ensuite passé par un laminoir à tubes du type'usuel, représenté schématiquement dans la fig. 7, dans lequel le tube est allongé sur ses parois amincies par l'action de cylindres concaves ' assortis 41, en faisant passer le tube sur un outil calibreur 42, monté sur l'extrémité du mandrin 43 pour produire un tube sans soudure Sa@ ayant des parois d'épaisseur constante et uniforme.
Le tube sa. peut alors être roulé et calibré pour produire des tubes finis chauds, qui peuvent ensuite être étirés à froid pour faire des tubes finis froids.
L'opération consistant à mouler le métal en fusion par la force centrifuge pour former l'ébauche cylindrique 7 donne un produit dans lequel le métal peut avoir, à
la percée cylindrique axiale 6 ou près de cette percée, une structure cristalline plus grossière et plus granu-. leuse que le métal se trouvant à ou près de la périphérie, à cause des différences importantes de ces diamètres, qui déterminent la valeur de la force centrifuge opérant sur le métal à ces adroits pendant le moulage du métal par la .force centrifuge.
Cependant, la variation dans la structure cristalline du métal qui peut se produire ne crée pas de défauts dans le tube demi-fini 8', en raison de l'opération de dilatation exécutée par l'un des laminoirs dilateurs 33 ou 33. l'outil dilateur 34 ou 34' refoulant mécaniquement le métal à et près de la percée axiale 8 pour affiner et rectifier la structure granuleuse, afin qu'elle soit sensi.
blement uniforme et homogène sur toute la longueur et toute la largeur du tube demi-fini 8'.
La percée axiale 8 de l'ébauche cylindrique 7 ayant été formée concentriquement par rapport à la surface annulaire extérieure de l'ébauche 7, par suite des caractéristiques inhérentes au moulage centrifuge, l'outil dilateur 34 ou 34' est toujours automatiquement centré à l'intérieur de la percée axiale 8 et il produit
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rieure et extérieure absolument concentriques, qui ne peuvent pas être produites uniformément et continuellement avec la pratique actuelle consistant à percer une billette cylindrique.
Lorsqu'une billette cylindrique est percée, son métal doit être soumis à des efforts dépassant le point
de rupture, tandis que lorsque l'ébauche à percée axiale cylindrique 7 est dilatée par repoussage, il est seulement nécessaire de soumettre le métal à des efforts allant juste au-delà de sa limite élastique, de sorte que
la dilatation et les opérations de laminage subséquentes exécutées sur l'ébauche 7 moulée par la force centrifuge approche de plus près les opérations normales de laminage d'une pièce plate en acier que tous autres procédés de fabrication de tubes sans soudure connus jusqu'à présent.
Pour ces raisons, l'opération de dilatation peut
être exécutée en beaucoup moins de temps qu'il est possible lorsqu'on procède au perçage, ce qui, combiné au temps très court nécessaire pour mouler l'ébauche 7 par la force centrifuge et la suppression de la nécessité du réchauffage avant d'exécuter l'opération de dilatation, assure des économies importantes de temps et de frais dans la fabrication d'un tube sans soudure 8a ayant une structure
o, de grains plus uniforme que ceux produits jusqu'à
présent.
Il n'est pas absolument essentiel que la partie
pilote cylindrique 37 soit prévue sur l'outil dilateur-
repousseur 34 afin de repousser concentriquement le
métal autour de la percée axiale 8 de l'ébauche cylindrique 7, parce qu'il est évident qu'en continuant la partie
conique 38 de l'outil 34 pour avoir un nez arrondi ou
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térieur de la percée 8 au cours de l'opération de dilatation.
REVENDICATIONS
1 - Procédé de fabrication de tubes sans soudure
caractérisé par le moulage par la force centrifuge d'une
ébauche cylindrique comportant une percée axiale, la
dilatation par repoussage du métal autour de la percée
pour former un tube demi-fini et ensuite la réduction
de l'épaisseur de la paroi du tube demi-fini pour former
un tub e fini.
2 - Procédé de fabrication de tubes sans soudure,