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Procédé de soudure de tubes par compression avec fusion superfi- cielle des bords de contact,.
Dans la fabrication de tubes en acier sur machines à souder, le rendement en mètres par unité de temps n'est toujours pas satisfaisant, tant pour la flamme oxy-acétylénique que pour l'arc électrique, parce que, pour l'obtention d'une qualité suffisante du joint soudé, les bords de la t8le au con- tact l'un de l'autre doivent être largement fondus. Il en est de même pour la soudure dite "Arcatom" qui trouve son emploi principalement pour les alliages d'aciers.
Contrairement à ce procédé de soudure par fusion, le rendement de la soudure peut être notablement augmenté lorsque les bords de contact des bandes tubulaires sont chauffes à une température inférieure au point de fusion et aussitôt fortement
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pressés l'un contre l'autre. Cependant pour des raisons techniques et économiques, le champ d'emploi de ce que l'on appelle la sou- dure par compression est étroitement limité, de sorte que seules des dimensions de tubes et des épaisseurs de tôles bien déter- minées peuvent se travailler selon ce procédé.
L'objet de la présente invention est un nouveau procédé de soudure qui réunit à la fois les avantages des deux procédés de fabrication en ce que, d'une part, on atteint des rendements importants avec une qualité irréprochable du joint soudé et, d'autre part, il n'y a aucune sorte de difficulté à fabriquer des tubes de diamètres et épaisseurs de parois quelconques avec des frais d'installation et d'exploitation relativement faibles.
Le but qu'on s'est ainsi proposé est atteint par le fait que, après un chauffage préalable des bords de la tôle au moyen de brûleurs à souder à plusieurs flammes disposés de ma- nière appropriée, les deux arêtes de contact, placées l'une en face de l'autre, des bandes tubulaires ont subi un léger commen- cement de fusion sur les surfaces de contact se faisant face et sont immédiatement après fortement pressées l'une contre l'autre par des galets compresseurs; en même temps s'effectue un court échauffement à la température de fusion par des séries de brûleurs à couper constitués d'une manière spéciale et dont les buses de chauffe et de coupe se suivent à faibles intervalles,fournissant un effet calorifique suffisamment grand dans l'espace le plus faible et à une profondeur suffisante.
Par ce procédé on réussit à atteindre des vitesses de soudure importantes même pour des dimensions de tubes assez grandes, vitesses qui, jusqu'ici, ne pouvaient être obtenues que par le chauffage de l'ensemble du bord de la tôle dans un four à réchauffer coûteux, caractérisé par une forte oxydation.
Une condition essentielle pour la mise en oeuvre de l'invention est le chauffage préalable des bords à souder. A rencontre des dispositifs usuels, ce chauffage est, selon l'in-
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vention, conduit suivant des points de vue tout à fait déterminés.
Immédiatement au-dessus de la fente ouverte du tube fendu se trouve un brûleur à souder à plusieurs flammes, connu en soi, qui échauffe les bords de tôle à réunir jusqu'à la température du rouge clair. Le flux calorifique qui se produit et qui tend à. s'écouler latéralement vers les zones plus froides de la bande tubulaire, est recueilli par deux rangées de flammes pouvant être déplacées dans toutes les directions et qui sont un peu décalées dans le sens de l'avancement; ce flux est rejeté par ces flammes contre le bord de contact.
Un refoulement naturel de chaleur se produit ainsi justement à l'endroit où la série de brûleurs à souder entre en action..' Pour éviter de plus grandes pertes de température, il est à recommander de munir le tube fendu, sur une longueur dé- terminée, d'un calorifugeage connu en soi qui est constitué de préférence par une enveloppe en acier muni d'un revêtement d'a- miante.
L'un des avantages particuliers du procédé selon l'inven- tion réside dans le fait que l'on peut souder toutes les sortes d'aciers sans aucune exception. Pour les matières premières à plus hautes teneurs en carbone et pour les aciers au chrome et au manganèse, il y a lieu seulement d'alimenter les buses à oxygène de la série des brûleurs à souder, avec un gaz réducteur, par exemple de l'hydrogène pour éviter une scorification des pré- cieux constituant de l'alliage. Par contre, pour des aciers à faible ou moyenne teneur en carbone, il peut même être plus avan- tageux d'alimenter les flammes de chauffage avec un excès d'oxy- gène pour obtenir ainsi des effets thermiques supérieurs, d'au- tant plus que la scorie d'acier produite entre les arêtes de contact est entièrement chassée 'par la compression des galets soudeurs.
Pour recevoir la scorie liquide, on dispose à l'inté- rieur du tube fendu, au-dessous de la série des brûleurs à couper et des galets soudeurs, un mandrin, connu en soi, qui est muni @ .. -- .
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d'une rigole s'élargissant progressivement et s'approfondissant vers l'avant. La scorie d'acier qui s'écoule dans cette rigole en sens inverse de l'avance est pulvérisée et rendue inoffensive, immédiatement avant la fermeture de la bande tubulaire, par un jet de vapeur dirigé sur elle.
Le mandrin à souder, qui derrière les galets compresseurs est muni d'un sectionneur en acier Widia pour supprimer le bourrelet intérieur de la soudure, est de pré- férence refroidi intérieurement au moyen de l'oxygène employé pour l'alimentation du brûleur à couper; cet oxygène arrive ainsi aux buses à couper à l'état réchauffé.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particu- larités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de celle-ci.
Les dessins représentent un appareil permettant de produire d'une manière continue des tubes soudés par rapproche- ment à partir de bandes de tôle, avec soudage seulement local des bords de contact tournés l'un vers l'autre.
L'installation d'ensemble comprend, de préférence, une machine enrouleuse pour faire à froid des tubes fendus à partir de bandes, des dispositifs de préchauffage et de soudage à la suite immédiate l'un de l'autre, puis un train de lami- noirs réducteur pour le calibrage et le dressage des tubes finis.
La fig. 1 est une vue latérale schématique du train de soudage.
La fig. 2 montre de face la première paire de galets.
La fig. 3 montre la disposition du portique transversal.
La fig. 4 est une vue arrière des derniers galets de cintrage.
La fig. 5 montre la disposition des bruleurs de préchauf- fage.
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La fig. 6 est une coupe transversale du groupe de brûleurs réchauffeurs et coupeurs.
La fig. 7 est une vue par en-dessus du dispositif de soudage.
La fig. 8 représente le mandrin de soudage.
Pour la fabrication continue, la bande de tôle 1 est déroulée de la bobine 2 et amenée en forme d'U par passage sous le premier couple de galets 3-4 (fig. 2). Avant son entrée dans la deuxième paire de galets 5-6, la bande tubulaire 1 doit tra- verser un portique 7 qui, d'en haut, pénètre dans le profil en U de la bande (fig. 3) et sert de dispositif de maintien pour la barre du mandrin 8. Des deux côtés du portique, on remarque deux raccords tubulaires 9 et 10, par lesquels est amené, puis évacué l'oxygène servant de fluide refroidisseur. Entre les deuxième et troisième paires de galets se trouve - au-dessus de la fente en forme de coin - une tuyère 11 qui souffle de la vapeur d'eau ou de l'air comprimé, en vue de réduire en poussière la scorie qui peut se produire.
Le galet supérieur de la paire enrouleuse 12 et 13 est de préférence muni d'un cordon 14, afin que le joint de contact du tube fendu 15 baille un peu jusqu'à l'entrée dans les 'galets compresseurs (fig. 4).
Immédiatement après la sortie du dispositif enrouleur a lieu le réchauffage des bords du tube fendu au moyen du brûleur à souder à plusieurs flammes 16, dont les orifices 17 sont légé- rement inclinés en sens inverse de l'avance. De part et d'autre de la fente ouverte du tube, et à une faible distance des bords à souder, se trouvent deux autres brûleurs à souder 18 et 19 à plusieurs flammes sur un rang, qui n'ont pas été figurés, par raison de simplicité sur la figure schématique 1. Leur emplace- ment dans le sens de l'axe du tube est simplement indiqué en pointillés et leur position dans le sens transversal par rapport à cet axe est représentée sur la fig. 5.
La série des brûleurs à couper 20 se trouve, au contraire, exactement dans le prolon-
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geraent du brûleur à souder à plusieurs flammes 16 (fig. 6). Les buses de chauffage et de coupe 21.et 22, qui sont disposées de préférence en succession alternée, sont dirigées verticalement vers le bas sur le milieu du joint de contact, en vue d'obtenir un bon effet en profondeur.
Le tube fendu 15 arrive, avec ses bords de contact for- tement chauffés et amenés à une légère fusion, entre les galets compresseurs 23-24 et est soudé aux surfaces de contact par la compression exercée transversalement au plan du dessin (fig. 7).
La. suppression du bourrelet qui se produit à l'intérieur et à l'extérieur du cordon de soudure 25, se fait à l'aide de deux couteaux 26 et 27. Tandis que le râcleur placé à l'extérieur est porté par un support en acier 28, le couteau intérieur est insé- ré dans l'extrémité de sortie du mandrin 8. Comme on peut le voir sur la fig. 8, la rigole à scories 30 commence Immédiatement avant, s'approfondit et s'élargit vers l'arrière jusqu'à l'en- droit où le jet de vapeur sort de la tuyère 11. On remarque, sur le mandrin refroidi intérieurement, les raccords tubulaires 9 et
10, qui y sont reliés d'une manière amovible. L'installation se termine par un train réducteur à plusieurs cages, dont la pre- mière paire de galets 31 et 32 est représentée fig. 1.
On ne peut naturellement plus envisager le procédé de fabrication continu pour des tubes de grands diamètres; pour ceux-ci les tôles sont arrondies d'une manière connue sur des rouleaux de cintrage ou autres semblables et amenées au dispo- sitif de soudage sous la forme d'un tube fendu. En pareil cas, il est recommandé de disposer par paires aussi bien les brûleurs à souder à plusieurs flammes que les buses de chauffage et de coupe, de telle manière qu'ils soient inclinés alternativement d'un côté et de l'autre transversalement au sens de l'avance et que la chaleur vienne frapper aussi perpendiculairement quepossible les faces de contact écartées l'une de l'autre des bords de la ,fente.
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Il convient d'adopter la même disposition lorsqu'il s'agit de fabriquer des tubes à parois épaisses, car autrement l'effet en profondeur ne serait pas suffisant. Pour améliorer encore celui-ci et empêcher une dissipation par trop rapide de la chaleur, il s'est révélé avantageux de placer plusieurs buses de chauffage avant chaque buse à couper, leurs position relatives devant être chaque fois adaptées à l'épaisseur de paroi des tubes travaillés.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on pourra apporter des modifications, au mode de réalisation.qui vient d'être décrit.
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Process of welding tubes by compression with superficial fusion of the contact edges.
In the manufacture of steel tubes on welding machines, the yield in meters per unit of time is still not satisfactory, both for the oxy-acetylene flame and for the electric arc, because, in order to obtain sufficient quality of the welded joint, the edges of the sheet in contact with each other must be largely melted. The same is true for so-called “Arcatom” welding which finds its use mainly for steel alloys.
Unlike this fusion welding process, the welding efficiency can be significantly increased when the contact edges of the tubular strips are heated to a temperature below the melting point and then sharply.
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pressed together. However, for technical and economic reasons, the field of use of what is called compression welding is narrowly limited, so that only well-determined tube dimensions and sheet thicknesses can be worked. according to this process.
The object of the present invention is a new welding process which combines both the advantages of the two manufacturing processes in that, on the one hand, high yields are achieved with an irreproachable quality of the welded joint and, on the other hand, there is no kind of difficulty in manufacturing tubes of any diameter and wall thickness with relatively low installation and operating costs.
The object thus proposed is achieved by the fact that, after a preliminary heating of the edges of the sheet metal by means of welding burners with several flames arranged in an appropriate manner, the two contact edges, placed l opposite each other, tubular bands have undergone a slight initiation of melting on the facing contact surfaces and are immediately afterwards strongly pressed against each other by pressure rollers; at the same time a short heating to the melting temperature is carried out by series of cut-out burners formed in a special way and whose heating and cutting nozzles follow each other at short intervals, providing a sufficiently large calorific effect in the shallowest space and at sufficient depth.
By this process it is possible to achieve high welding speeds even for fairly large tube sizes, speeds which, until now, could only be obtained by heating the entire edge of the sheet in a heating furnace. expensive, characterized by strong oxidation.
An essential condition for the implementation of the invention is the preliminary heating of the edges to be welded. Unlike usual devices, this heating is, according to the in-
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vention, conducted according to quite determined points of view.
Immediately above the open slit of the slit tube is a multi-flame solder burner, known per se, which heats the sheet edges to be joined to the temperature of light red. The heat flow which occurs and which tends to. flowing laterally towards the colder areas of the tubular strip, is collected by two rows of flames which can be moved in all directions and which are slightly offset in the direction of travel; this flow is rejected by these flames against the contact edge.
A natural backflow of heat thus occurs precisely at the point where the series of burners to be welded into action. 'To avoid greater temperature losses, it is recommended to provide the split tube, over a length of completed, with a thermal insulation known per se which preferably consists of a steel casing provided with an initial coating.
One of the particular advantages of the process according to the invention lies in the fact that all kinds of steels can be welded without any exception. For raw materials with higher carbon contents and for chromium and manganese steels, it is only necessary to supply the oxygen nozzles of the weld-on burner series, with a reducing gas, for example hydrogen to prevent slagging of the precious constituents of the alloy. On the other hand, for steels with a low or medium carbon content, it may even be more advantageous to supply the heating flames with an excess of oxygen in order to thus obtain superior thermal effects, especially more than the steel slag produced between the contact edges is entirely driven out by the compression of the welding rollers.
In order to receive the liquid slag, there is placed inside the split tube, below the series of burners to be cut and welding rollers, a mandrel, known per se, which is provided with .. -.
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of a channel gradually widening and deepening forward. The steel slag which flows in this channel in the opposite direction to the advance is pulverized and rendered harmless, immediately before the closing of the tubular strip, by a jet of steam directed at it.
The welding mandrel, which behind the pressure rollers is fitted with a Widia steel disconnector to eliminate the internal bead of the weld, is preferably cooled internally by means of the oxygen used to feed the burner to be cut. ; this oxygen thus arrives at the nozzles to be cut in the heated state.
The description which will follow with regard to the appended drawings, given by way of nonlimiting examples, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawings and from the text being, of course, part of that. -this.
The drawings show an apparatus for continuously producing bridging welded tubes from sheet metal strips with only local welding of the contact edges facing each other.
The overall installation preferably comprises a winding machine for cold forming slit tubes from strips, preheating and welding devices immediately following each other, then a string of friend. - reducer blacks for calibrating and straightening the finished tubes.
Fig. 1 is a schematic side view of the welding train.
Fig. 2 shows the first pair of rollers from the front.
Fig. 3 shows the arrangement of the transverse gantry.
Fig. 4 is a rear view of the last bending rollers.
Fig. 5 shows the arrangement of the preheating burners.
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Fig. 6 is a cross section of the group of heaters and cutters.
Fig. 7 is a view from above of the welding device.
Fig. 8 shows the welding mandrel.
For continuous production, the sheet metal strip 1 is unwound from the reel 2 and brought in a U-shape by passing under the first pair of rollers 3-4 (fig. 2). Before entering the second pair of rollers 5-6, the tubular strip 1 must pass through a gantry 7 which, from above, enters the U-shaped profile of the strip (fig. 3) and serves as a device for holding for the mandrel bar 8. On both sides of the gantry, there are two tubular connectors 9 and 10, through which the oxygen serving as coolant fluid is fed and then discharged. Between the second and third pairs of rollers there is - above the wedge-shaped slot - a nozzle 11 which blows water vapor or compressed air, in order to reduce to dust the slag which can happen.
The upper roller of the winder pair 12 and 13 is preferably provided with a bead 14, so that the contact seal of the split tube 15 gapes a little until it enters the pressure rollers (Fig. 4).
Immediately after exiting the winding device, the edges of the split tube are heated by means of the multi-flame weld burner 16, the orifices 17 of which are slightly inclined in the opposite direction of advance. On either side of the open slot of the tube, and at a short distance from the edges to be welded, there are two other weld burners 18 and 19 with several flames in a row, which have not been shown, for reason. for simplicity in schematic figure 1. Their location in the direction of the axis of the tube is simply indicated in dotted lines and their position in the transverse direction with respect to this axis is shown in FIG. 5.
The series of burners to be cut 20, on the contrary, is exactly in the prolongation
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geraent of the multi-flame welding burner 16 (fig. 6). The heating and cutting nozzles 21 and 22, which are preferably arranged in alternating succession, are directed vertically downwards on the middle of the contact seal, in order to obtain a good effect in depth.
The split tube 15 arrives, with its contact edges strongly heated and brought to a slight fusion, between the pressure rollers 23-24 and is welded to the contact surfaces by the compression exerted transversely to the plane of the drawing (fig. 7). .
The removal of the bead which occurs inside and outside of the weld seam 25 is carried out using two knives 26 and 27. While the scraper placed on the outside is carried by a support made of steel 28, the inner knife is inserted into the outlet end of the mandrel 8. As can be seen in fig. 8, the slag channel 30 begins Immediately before, deepens and widens towards the rear until the place where the steam jet leaves the nozzle 11. It is noted, on the internally cooled mandrel, the tubular fittings 9 and
10, which are connected therein in a removable manner. The installation ends with a reduction train with several cages, the first pair of rollers 31 and 32 of which is shown in fig. 1.
We can naturally no longer consider the continuous manufacturing process for tubes of large diameters; for these the sheets are rounded in a known manner on bending rolls or the like and fed to the welding device in the form of a split tube. In such a case, it is recommended to arrange in pairs both the multi-flame solder burners as well as the heating and cutting nozzles, in such a way that they are tilted alternately to one side and the other transversely to the direction. advance and that the heat comes to strike as perpendicularly as possible the contact faces spaced from one another from the edges of the slot.
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The same arrangement should be adopted when it comes to manufacturing thick-walled tubes, otherwise the depth effect would not be sufficient. To further improve the latter and prevent excessively rapid heat dissipation, it has proved advantageous to place several heating nozzles before each nozzle to be cut, their relative positions having to be adapted each time to the wall thickness of the tubes. tubes worked.
It goes without saying that, without departing from the scope of the invention, modifications can be made to the embodiment which has just been described.