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'?Corps élastique tubulaire à paroi multiple"
Les corps élastiques tubulaires, appelés aussi tubes élastiques ou tubes en soufflet, sont généralement fabriqués jusqu'à maintenant en tubes sans soudure à paroi mince. On connait aussi des corps élastiques tubulaires qui sont fa- briqués en tubes soudés au gaz ou soudés ou brasés électri- quement.
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pour des pressions plus élevées, au lieu d'employer des tubes à paroi épaisse, on établit des corps élastiques composés de plusieurs tubes emboîtés les uns dans les autres à paroi mince sans soudure ou soudés au gaz, les tubes à sou- dure pouvant être soudés électriquement ou au gaz, mais, de préférence, par soudure par résistance et parrecouvrement, parce qu'un tel corps élastique à paroi multiple de même épaisseur totale présente une élasticité et une sensibilité bien plus grandes qu'un corps élastique à paroi simple.
Jusqu'à maintenant cependant, on ne pouvait obtenir au plus dans le commerce que des corps élastiques à paroi quadruple et ces corps ne sont utilisables que pour des pressions relativement basses. La pression d'éclatement d'un tel corps élastique à paroi multiple est beaucoup plus élevée que la pression maximum admissible mais pour de hautes pressions, on observe relativement vite des déforma- tions permanentes des ondulations, ce qui d'une part diminue fortement l'élasticité et d'autre part abaisse fortement la durée du corps élastique.
Par exemple, un tube élastique court en tombac de 100 mm de diamètre intérieur à paroi quadruple de 0,8 mm d'épaisseur totale, c'est-à-dire composé de quatre tubes élémentaires de chacun 0,2 mm d'épaisseur, supporte une pression d'éclatement de plus de 150 atm, mais présente déjà à une pression de 30 atm une déformation permanente de l'ondulation, le creux de l'ondulation s'étant retréci et le saillant s'étant élargi, la perte d'élasticité pouvant alors s'élever selon la dureté de la matière à 30 - 40 % et davantage.
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Comme matière pour les corps élastiques, on a géné- ralement employé. jusqu'à maintenant le tombaq. L'acier inoxy- dable ne peut être envisagé que pour les tubes soudés parée qu'on ne peut pas obtenir jusqu'à maintenant des tubes à paroi mince, tels que ceux nécessaires pour la fabrication des corps élastiques, en acier inoxydable sans soudure. La soudure ne peut alors être faite que par soudure électrique à reoouvre- ment, car une soudure par juxtaposition de tels tubes à paroi mince s'est révélée jusqu'à maintenant irréalisable. La sou- dure électrique par résistance ou par recouvrement crée ce- pendant le long de la soudure une région d'épaisseur doublée qui, en particulier dans le cas de plusieurs tubes emboîtés les uns dans les autres, provoque un épaississement considérable indésirable du corps élastique.
Or on a trouvé que la matière de la soudure par recouvrement ne peut pas être amincie par écrasement de la soudure par résistance, de façon que la ré- gion de la soudure corresponde approximativement au reste de la paroi du corps élastique. Un tel écrasement de la soudure est bien réalisable pratiquement ; mais de telles soudures ne se montrent pas étanches au vide et ne peuvent donc pas être envisagées pour la fabrication de tubes élastiques, in- dépendamment du fait qu'un tel écrasement de la soudure n'est possible que par surchauffage de la matière, ce qui provoque une perte aussi bien pour la résistance mécanique que pour la résistance à la corrosion.
Le façonnage d'un tube à paroi multiple en corps élastique peut seulement se faire si les tubes élémentaires sont emboîtés les uns dans les autres de manière absolument
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compacte, car autrement des plis nuisibles se produiraient.
Quand des tubes assez longs doivent être engagés les uns dans les autres, ces tubes doivent être huilés ou graissés, afin qu'il ne reste pas trop d'intervalle entre les différents tubes et pour éviter le frottement qui aurait lieu lors de l'emboîtement de tubes secso Les couches d'huile ou de grais- se restant entre les différentes parois de tubes présentent cependant des inconvénients, parce que lors de l'adjonction des éléments associés par brasure tendre ou dure ou par sou- dure la matière de graissage est vaporisée et la montée con- tinuelle de bulles rend difficile ou même impossible l'obten- tion d'une bonne étanché/ité.
Si le tube élastique est sou- mis à de hautes températures, la vaporisation de la matière de graissage restant entre les différents tubes conduit à de fortes déformations de l'ondulation, parce que les gaz ne peuvent.pas s'échapper.
L'épaississement de la paroi le long de la ligne de soudure par recouvrement rend plus difficile le façonnage du tube en corps élastique, que ce soit par laminage ou par outils actionnés hydrauliquement, et soumet les outils à une forte fatigue.
La demande de corps élastiques d'élasticité et de sensibilité élevées pour hautes pressions, est constamment en augmentation, en particulier pour la fabrication de régu- lateurs de pression. Les corps élastiques à paroi épaisse convenable ne peuvent pas résoudre le problème, parce que la résistance propre du corps élastique est trop grande et il y a perte de sensibilitéo D'autre part la fabrication de
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corps élastiques à partir d'un assez grand nombre de tubes élémentaires à paroi mince emboîtés les uns dans les autres présente de grandes difficultés pour les raisons déjà indi- quées ci-dessus.
Cela. est le cas en particulier poun les corps élastiques en acier inoxydable, qui est cependant une matière qui convient très bien pour la fabrication de corps élastiques à cause de sa résistance mécanique, de son élasti- cité et de sa résistance à la chaleur et à la corrosion très élevées.
L'invention concerne en corps élastique à paroi multiple qui est formé par une bande de métal enroulée en plusieurs couches en un cylindre creux et fixée au moins au bord éxtérieuro
De tels corps élastiques peuvent ainsi se composer de plusieurs couches superposées en nombre suffisant, car les couches intermédiaires de la paroi multiple ne doivent pas être réunies entre elles. Les corps élastiques peuvent avoir un diamètre et une épaisseur pratiquement quelconque.
Dans le procédé de fabrication d'un corps élastique à paroi multiple selon l'invention, on enroule une première couche de la bande de métal et on soude le bord intérieur à cette spire d'enroulement, puis on enroule toutes les couches de la bande et on soude le bord extérieur de la bande de mé- tal avec la dernière spire, de sorte qu'on obtient un cylin- dre creux à partir duquel on façonne le corps élastique.
Avantageusement, pendant la soudure du bord extérieur, tou- tes les couches intérieures à l'exception de la dernière sont retroussées vers l'intérieur à l'endroit de la soudure.
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Au dessin annexé, on a représenté, à titre d'exem- ple, aux figures 1 - 3 le procédé de fabrication d'un corps élastique à paroi multiple selon l'invention et la figure 4 montre un exemple de réalisation d'un corps élastique à paroi multiple selon l'invention, l'épaisseur de la bande ayant été un peu exagérée pour rendre la représentation plus claire.
Pour la fabrication d'un corps élastique à paroi multiple, on enroule une bande de métal 1 en un tube 2, l'ex- trémité intérieure et l'extrémité extérieure de la bande seulement étant soudéeso La fabrication d'un manchon tubu- laire à paroi multiple de ce genre s'effectue comme indiqué ci-après.
On enroule d'abord l'une des extrémités de la bande sur un mandrin, constitué par exemple par un cylindre de bois ou un tube dont le diamètre correspond au diamètre in- térieur désirée On marque ensuite au crayon ou d'une manière analogue l'emplacement de l'extrémité de la bande, puis on enlève la bande du mandrin et sur une soudeuse électrique on la réunit au préalable par points en 2, à l'emplacement marqué, entre une roue d'électrode intérieure 4 et une roue d'électrode extérieure 5 et on procède ensuite à la soudure du joint (figure 1).
Ce manchon tubulaire simple obtenu est ensuite en- roulé sur la bande jusqu'à obtention du nombre de spires dé- siré. On marque ensuite sur la bande extérieure l'endroit où la bande extérieure est en regard de la ligne de soudure sur l'extrémité de bande intérieure 2 et on coupe la bande en
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excédant, puis on marque l'extrémité extérieure de la bande sur la spire située directement au-dessous en 7. pour pouvoir maintenant effectuer la soudure exté- rieure, on retrousse vers l'intérieur toutes les spires inté- rieures 6 à l'exception de la dernière située à l'extérieur, comme on l'a représenté à la figure 2, ce qui peut se faire très bien, surtout dans le cas d'une matière bien élastique, telle que l'acier inoxydable, sans provoquer de cassures dans la bande.
On peut empêcher les spires retroussées intérieure- ment de revenir en place élastiquement au moyen d'un disposi- tif convenable quelconque, par exemple au moyen de vis de maintien ou d'organes analogues. Il y a alors suffisamment de place pour pouvoir engager dans le tube le bras d'électro- de inférieur 3 de la soudeuse afin de fixer l'extrémité de bande extérieure au moyen d'une ligne de soudure (figure 2).
Cela fait on laisse revenir ves l'extérieur les spires re- troussées vers l'intérieur, de sorte qu'on obtient un cylin- dre creux à paroi multiple, à partir du-quel on façonne ou fabrique le corps élastique selon la figure 4 d'une manière connue en elle-même pour la fabrication des corps élastiques.
Le cylindre creux pour la constitution de ce corps élastique se compose ainsi d'une bande de métal enroulée en plusieurs couches et soudée aux bords intérieur et extérieur.
Au lieu de réunir le bord intérieur et le bord exté- rieur à la spire voisine par une ligne de soudure, on pour- rait-aussi réunir l'un des deux bords par soudure par points seulement. De plus, on pourrait même supprimer la soudure de l'extrémité de bande intérieure, car celle-ci par suite de
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l'élasticité de la matière, aidée par la pression intérieure, a toujours tendance à se déployer élastiquement vers l'ex- térieur et à s'appliquer contre les spires extérieures.
On coupera les extrémités de la bande de telle façon que l'arrête finale de la spire extérieure se trouve en re- gard de l'arête initiale de la spire intérieure, de sorte que tout épaississement dans la paroi se trouve évité.
On pourrait naturellement aussi fabriquer un cylin- dre tubulaire à paroi multiple en effectuant simultanément la ligne de soudure intérieure et la ligne de soudure exté- rieure par soudure à travers toute la paroi, Un tel manchon tubulaire serait cependant inutilisable pour la fabrication de corps élastiques, car, indépendamment de ce qu'une telle ligne de soudure à travers tant d'épaisseurs de tôle ne se fait pas aussi bien et aussi régulièrement que lors de la soudure de deux épaisseurs de tôle seulement l'une à l'autre, un tel tube présenterait le grand inconvénient que la sou- dure de toutes les parois différentes entre elles provoque- rait un grand renforcement d'un côté et que les différentes couches ne pourraient plus glisser les unes sur les autres,
ce qui consistue précisément le grand avantage de l'élasti- cité élevée de tels corps élastiques à paroi multiple par rapport à des corps à paroi simple de même épaisseur totale.
Le corps élastique de la figure 4 présente une ré- sistance tout à fait extraordinaire et comme le procédé de fabrication n'exige aucun graissage de la matière, l'incon- vénient qui résultait jusqu'5. maintenant d'un tel graissage, est aussi éliminé. Le procédé de fabrication est enfin beau-
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coup plus simple et moins coûteux que les précédents, avec lesquels on employait un grand nombre de tubes adaptés avec précision l'un dans l'autre; au lieu des nombreuses lignes de soudure et des recouvrements créant de fortes surcharges, le nouveau corps élastique ne comporte plus qu'une ligne de soudure intérieure et une ligne de soudure extérieure, qui n'épaississent nullement la paroi et ne dimnuent pas l'élasti- cité.
Des essais de pression ont montré que de tels corps élastiques satisfont aux plus grandes exigences. Il y a en particulier un grand besoin de corps élastiques pour les compensateurs de grand diamètre intérieur et à pressions élevées, par exemple pour la vapeur surchauffée. Les corps élastiques connus jusqu'ici étaient trop peu résistants à la pression et trop peu élastiques. Un corps élastique à paroi multiple, établi selon le mouveau procédé, par exemple de 200 mm de diamètre intérieur, se composant de dix épais- seurs de tôle de 0,2 mm chacune, soit d'une épaisseur totale de 2,0 mm, peut supporter sans déformation permanente une pression de fonctionnement de 100 atm, la résistance propre étant encore relativement très faible et l'élasticité encore très grande.
Un autre inconvénient du procédé appliqué jusqu'à maintenant de l'emboitement de plusieurs tubes à paroi mince soudés électriquement consistait en ce que la soudure élec- trique faisait naitre des tensions dans la matière, de sorte que le tube présentait le long de la ligne de soudure une forme ondulée. Pour pouvoir engager les uns dans les autres de tels tubes non complètement ronds, les tubes intérieurs
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doivent être considérablement plus petits, pour être élargis ensuite après leur emboitement, afin que les différentes parois s'appliquent parfaitement les unes sur les autres.
Gependant cela nécessite de soumettre la matière à une fa- tigue d'extension supplémentaire sensible et cet inconvé- nient est aussi évité avec le procédé décrit selon les fi- gures 1 - 3, les différentes couches s'appliquant les unes sur les autres d'une manière complètement lisse et serrée. e v e n d i e a t i o n s : *****************************
1. Corps élastique à paroi multiple, caractérisé en ce qu'il est formé. avec une bande de métal enroulée en plusieurs couches en un cylindre creux et fixée au moins au bord extérieur.
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'? Tubular elastic body with multiple walls "
Tubular elastic bodies, also called elastic tubes or bellows tubes, have heretofore generally been made from thin-walled seamless tubes. Tubular elastic bodies are also known which are manufactured from gas welded or electrically welded or brazed tubes.
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for higher pressures, instead of using thick-walled tubes, elastic bodies are established consisting of several tubes nested in each other with thin-walled seamless or gas-welded, the welded tubes being able to be electrically or gas welded, but preferably by resistance and overlap welding, because such a multiple wall elastic body of the same total thickness has much greater elasticity and sensitivity than a single wall elastic body.
Until now, however, only quadruple-walled resilient bodies could be obtained commercially at most, and these bodies can only be used for relatively low pressures. The burst pressure of such an elastic multiple-wall body is much higher than the maximum allowable pressure, but at high pressures, permanent deformation of the corrugations is relatively quickly observed, which on the one hand greatly reduces the pressure. elasticity and on the other hand greatly lowers the duration of the elastic body.
For example, a short elastic tombac tube of 100 mm inside diameter with a quadruple wall of 0.8 mm total thickness, that is to say composed of four elementary tubes each 0.2 mm thick, withstands a burst pressure of more than 150 atm, but already at a pressure of 30 atm has a permanent deformation of the corrugation, the trough of the corrugation having narrowed and the protrusion having widened, the loss of The elasticity can then rise depending on the hardness of the material to 30 - 40% and more.
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As a material for elastic bodies, it has generally been used. until now the tombaq. Stainless steel can only be considered for welded tubes, which heretofore cannot be obtained from thin-walled tubes, such as those required for the manufacture of elastic bodies, of seamless stainless steel. Welding can then only be done by electric reopening welding, since juxtaposition welding of such thin-walled tubes has heretofore proved impracticable. Electric resistance or lap welding, however, creates a region of doubled thickness along the weld which, especially in the case of several tubes nested within each other, causes undesirable considerable thickening of the elastic body. .
It has been found, however, that the material of the lap weld cannot be thinned by crushing the resistance weld, so that the area of the weld approximately matches the rest of the wall of the resilient body. Such a crushing of the weld can be done in practice; but such welds do not prove to be vacuum tight and therefore cannot be considered for the manufacture of elastic tubes, regardless of the fact that such crushing of the weld is only possible by overheating of the material, this which causes loss of both mechanical strength and corrosion resistance.
The shaping of a multiple-walled tube into an elastic body can only be done if the elementary tubes are nested in each other absolutely.
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compact, otherwise harmful wrinkles would occur.
When rather long tubes have to be engaged with each other, these tubes must be oiled or greased, so that there is not too much gap between the different tubes and to avoid the friction which would occur during the fitting. of secso tubes The layers of oil or grease remaining between the different tube walls have drawbacks, however, because when the associated elements are added by soft or hard solder or by soldering the lubricating material is vaporized and the continual rise of bubbles makes it difficult or even impossible to achieve a good seal.
If the elastic tube is subjected to high temperatures, the vaporization of the lubricating material remaining between the different tubes leads to strong deformations of the corrugation, because the gases cannot escape.
The thickening of the wall along the lap weld line makes it more difficult to shape the tube into an elastic body, whether by rolling or by hydraulically operated tools, and subjects the tools to severe fatigue.
The demand for elastic bodies of high elasticity and sensitivity for high pressures is constantly increasing, in particular for the manufacture of pressure regulators. Suitable thick-walled elastic bodies cannot solve the problem, because the inherent resistance of the elastic body is too large and there is loss of sensitivity o On the other hand the manufacture of
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elastic bodies from a fairly large number of elementary thin-walled tubes nested one inside the other presents great difficulties for the reasons already indicated above.
That. This is particularly the case with elastic bodies made of stainless steel, which, however, is a material which is very suitable for the manufacture of elastic bodies because of its mechanical strength, elasticity and resistance to heat and resistance. very high corrosion.
The invention relates to a multi-walled elastic body which is formed by a strip of metal wound in several layers into a hollow cylinder and fixed at least to the outer edge.
Such elastic bodies can thus consist of several superimposed layers in sufficient number, because the intermediate layers of the multiple wall do not have to be joined together. The elastic bodies can be of virtually any diameter and thickness.
In the method of manufacturing an elastic multiple-wall body according to the invention, a first layer of the metal strip is wound up and the inner edge is welded to this winding coil, then all the layers of the strip are wound up. and the outer edge of the metal strip is welded with the last turn, so that a hollow cylinder is obtained from which the elastic body is formed.
Advantageously, during the welding of the outer edge, all the inner layers except the last are rolled up inwards at the place of the weld.
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In the accompanying drawing, there is shown, by way of example, in Figures 1 - 3 the method of manufacturing an elastic body with multiple walls according to the invention and Figure 4 shows an embodiment of a body. elastic multiple wall according to the invention, the thickness of the band having been a little exaggerated to make the representation clearer.
For the manufacture of an elastic multiple-wall body, a metal strip 1 is wound into a tube 2, with the inner end and the outer end only of the strip being welded. The manufacture of a tubular sleeve multiple wall of this kind is carried out as described below.
One of the ends of the strip is first wound up on a mandrel, consisting for example of a wooden cylinder or a tube, the diameter of which corresponds to the desired internal diameter. The next step is to mark with a pencil or in a similar manner. 'location of the end of the strip, then the strip is removed from the mandrel and on an electric welder it is first brought together by points in 2, at the marked location, between an inner electrode wheel 4 and a wheel of 'outer electrode 5 and then proceeds to soldering the joint (Figure 1).
This simple tubular sleeve obtained is then wound on the strip until the desired number of turns is obtained. Then mark on the outer band where the outer band is facing the weld line on the end of inner band 2 and cut the band in
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excess, then the outer end of the strip is marked on the turn located directly below at 7. in order to be able to carry out the external welding now, all the internal turns 6 are rolled up inwards with the exception of of the latter located on the outside, as shown in Figure 2, which can be done very well, especially in the case of a very elastic material, such as stainless steel, without causing breakage in the band.
The internally upturned turns may be prevented from springing back into place by any suitable device, for example by means of retaining screws or the like. There is then enough room to be able to engage the lower electrode arm 3 of the welder in the tube in order to fix the outer band end by means of a weld line (figure 2).
Once this has been done, the coils turned inwards are allowed to return to the outside, so that a hollow multiple-walled cylinder is obtained, from which the elastic body according to figure 4 is shaped or manufactured. in a manner known per se for the manufacture of elastic bodies.
The hollow cylinder for the constitution of this elastic body thus consists of a strip of metal wound in several layers and welded to the inner and outer edges.
Instead of joining the inner edge and the outer edge to the neighboring turn by a weld line, one could also join one of the two edges by spot welding only. In addition, we could even eliminate the welding of the end of the inner strip, because the latter as a result of
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the elasticity of the material, aided by the internal pressure, always tends to deploy elastically towards the outside and to press against the outer turns.
The ends of the strip will be cut in such a way that the final edge of the outer turn is in line with the initial edge of the inner turn, so that any thickening in the wall is avoided.
It would of course also be possible to manufacture a multiple-wall tubular cylinder by simultaneously effecting the inner weld line and the outer weld line by welding through the entire wall. Such a tubular sleeve would, however, be unusable for the manufacture of elastic bodies. , because regardless of the fact that such a weld line through so many sheet thicknesses does not work as well and as smoothly as when welding only two sheet thicknesses to each other, a such a tube would have the great drawback that the welding of all the different walls to one another would cause a great reinforcement on one side and that the different layers could no longer slide over each other,
which is precisely the great advantage of the high elasticity of such multiple wall elastic bodies over single wall bodies of the same total thickness.
The elastic body of figure 4 presents a quite extraordinary resistance and since the manufacturing process does not require any lubrication of the material, the inconvenience which resulted up to 5. now such lubrication, is also eliminated. The manufacturing process is finally beautiful
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stroke simpler and less expensive than the preceding ones, with which one employed a great number of tubes adapted precisely one in the other; instead of the numerous weld lines and overlaps creating strong overloads, the new elastic body now only has an internal weld line and an external weld line, which in no way thicken the wall and do not decrease the elasticity. - cited.
Pressure tests have shown that such elastic bodies meet the highest demands. There is in particular a great need for resilient bodies for compensators with a large internal diameter and at high pressures, for example for superheated steam. The elastic bodies known hitherto were too little resistant to pressure and too little elastic. An elastic, multiple-walled body, established by the following method, for example 200 mm in internal diameter, consisting of ten sheet thicknesses of 0.2 mm each, or a total thickness of 2.0 mm, can withstand an operating pressure of 100 atm without permanent deformation, the inherent resistance still being relatively very low and the elasticity still very high.
Another drawback of the method applied heretofore of the interlocking of several electrically welded thin-walled tubes consisted in that the electrical welding created tensions in the material, so that the tube presented along the line. weld a wavy shape. In order to be able to engage such tubes that are not completely round in one another, the inner tubes
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must be considerably smaller, in order to be widened after their interlocking, so that the different walls fit perfectly on each other.
However, this necessitates subjecting the material to a substantial additional extension strain and this drawback is also avoided with the method described in Figures 1 - 3, the different layers being applied to each other. 'a completely smooth and tight way. e v e n d i e a t i o n s: *****************************
1. Elastic body with multiple walls, characterized in that it is formed. with a metal strip wound in several layers into a hollow cylinder and attached at least to the outer edge.