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PROCEDE DE FABRICATION DE TUBES A PARTIR DE RUBANS METALLIQUES.
La.présente invention concerne la fabrication de tubes à partir de rubans métalliques qui reçoivent une forme tubulaire comportant des por- tions qui se recouvrent et dont les interfaces sont réunies de façon à for- mer un tube étanche au passage des Guides.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabri- cation d'un tube à partir d'un ruban métallique unique, qui consiste à in- corporer dans la. paroi du tube de métal de liaison sous forme de ruban, pen- dant que le ruban métallique prend la forme d'un tube par un mouvement lon- gitudinal continu. Puis on faittsubir au tube ainsi formé, auquel est incor- poré le métal de liaison, un traitement thermique destiné à faire fondre ce métal.Le métal de liaison constitue ainsi un réservoir de métal qui, en fondant, fournit la totalité du métal de liaison qui est nécessaire pour réunir les couches du ruban métallique et former le joint.
Le métal de liai- son une fois fondu coule hors de ce réservoir et remplit l'intervalle entre les interfaces du ruban métallique et du joint de façon à les réunir.
Un des objets de l'invention consiste dans un procédé perfec- tionné qui permet de fabriquer des tubes de bonne qualité et de forte résis- tance à bas prix de revient, dans des conditions de fabrication courantes, et avec un très fort pourcentage de tubes de bonne qualité, en supprimant ainsi les pertes dues à la fabrication de tubes qui doivent être rebutés à cause de leurs défauts.
Un autre objet de 1-'invention consiste dans la fabrication de tubes dont les surfaces intérieure et extérieure sont formées par les sur- faces; propres, découvertes, du ruban métallique nu constituant le tube.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui en est donnée ci-après avec les dessins ci- joints à l'appui, sur lesquels-.
La figure 1 représente sous forme schématique un laminoir à tu-
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bes pouvant servir à fabriquer les tubes suivant l'invention.
' La figure 2 est une coupe transversale, à plus grande échelle, du tube ayant reçu sa forme initiale et encore froid.
La figure 3 représente un four de traitement thermique du tube.
La figure 4 est une coupe transversale, semblable à la figure 2, du tube fini ayant subi le traitement thermique.
La figure 5 est une coupe transversale partielle à plus grande échelle représentant le joint du tube fini.
La figure 6 est une vue semblable à la figure 1, représentant une autre forme de laminoir à tubes.
La figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6, représentant les cylindres qui servent à mettre le ruban métallique en état de recevoir le métal de liaison.
La figure 8 est une coupe à plus grande échelle d'un tube fabri- qué par la machine des figures 6 et 7.
Avant de décrire le procédé suivant l'invention, il convient de considérer d'abord la nature des métaux qui constituent les tubes. Etant donné que le type le plus courant de tubes convenant aux applications géné- rales consiste en tubes en ruban d'acier rendus étanche et soudés par du cuivre, l'invention est décrite en -tant que s'appliquant aux métaux de cet- te nature. L'acier en question peut être un acier au carbone relativement courant et le cuivre du cuivre pur du commerce. Mais le métal de liaison peut consister en alliages de cuivre, par exemple sous forme de bronze ou de laiton ou en composés de soudure qu'on utilise avec un ruban en acier ou autre métal, par exemple le métal Monel, à titre de métal constituant le tube, et dans ce cas on peut choisir un métal de liaison convenant le mieux avec un ruban en autre métal que l'acier.
Divers procédés ont été préconisés dans le but de fabriquer des tubes à partir d'un ruban en acier nu soudé avec du cuivre. Par exemple, un procédé connu consiste à former le tube à partir d'un ruban en acier et à introduire dans le tube un fil de cuivre qui est supposé fondre et couler en formant un joint rendant le tube étanche. Une difficulté à laquelle donne lieu ce procédé consiste dans l'obligation de maintenir le joint du tube en bas, ce qu'il n'est pas possible de faire lorsqu'il s'agit d'une fabrication en série. De plus, l'excès de cuivre apparaît sur la surface intérieure du tube sous forme de nappes ou de gouttelettes.
Si on pose un fil de cuivre au voisinage de l'extérieur du tube, on n'obtient pas de résultats satisfaisants, car le joint doit être maintenu en haut et l'excès de cuivre apparaît à l'ex- térieur du tube, en lui donnant un aspect tacheté peu satisfaisant et parfois rugueux.
Un autre procédé connu consiste à disposer dans le tube du cuivre en poudre sur un support. Cette solution donne lieu aux mêmes inconvénients que la solution précédente consistant à poser un fil de cuivre dans le tube, car le cuivre fondu ne coule pas d'une manière satisfaisante vers le haut et par suite le joint doit être maintenu en bas. Il en résulte que des goutte- lettes et des taches de cuivre apparaissent également à l'intérieur du tube.
Suivant un autre procédé préconisé, on mélange du cuivre en poudre avec un support et on applique le mélange au pinceau ou de toute autre manière sur la surface du ruban en acier, de sorte qu'il se trouve sur l'interface de l'acier entre les épaisseurs ou dans le joint. Le support occupe de la place et lorsqu'on le chauffe il se décompose en laissant subsister des interval- les entre les interfaces et par suite la quantité de cuivre est insuffisante pour remplir ces intervalles. Les interfaces de ces intervalles, disposés au
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hasard, ne sont pas réunis.
Un autre procédé préconise consiste à fabriquer des tubes à dou- ble paroi à partir de deux rubans, dont l'un forme la couche extérieure.
Au point de vue pratique, il n'est pas possible de fabriquer ces tubes en série avec la certitude que la paroi du tube est d'épaisseur double dans toute son étendue. Des variations de tolérances de largeur et d'épaisseur des rubans sont inévitables et il en résulte un intervalle entre les bords de la couche intérieure ou de la couche extérieure. Même si la quantité de cui- vre est suffisante pour remplir cet intervalle, la résistance du cuivre n'est pas la même que celle de l'acier et par suite la résistance du tube ne dé- passe pas celle d'une seule épaisseur d'acier dans l'intervalle précité. En outre, si la bande intérieure est trop étroite ou si la bande extérieure est trop large, les deux épaisseurs ne sont pas en contact étroit entre elles.
Suivant l'invention, on incorpore un ruban en cuivre entre les couches en acier, d'un tube à double paroi. Le cuivre existe donc à l'état initial sous forme solide et continue sur toute la longueur du tube . Le cui- vre est logé entre les épaisseurs, de sorte qu'en fondant il coupe rapide- ment entre les interfaces de l'acier. Il est important de choisir d'une manière appropriée les dimensions du ruban par rapport à celles du tube en question et la quantité de cuivre qui est nécessaire pour réunir complète- ment toutes les portions des interfaces. En effet, il subsiste un vide ou une cavité dans la paroi du tube après que le cuivre fondu s'est écoulé hors du réservoir.
Le ruban de cuivre ainsi enrobe entre les couches intérieure et extérieure constitue un réservoir qui fait arriver le cuivre fondu sur les interfaces des couches et dans les joints. Le cuivre une fois fondu coule rapidement hors du réservoir et remplit complètement l'intervalle entre les interfaces,par capillarité. L'intervalle entre les interfaces est plus étroit que la section transversale du réservoir, ce qui facilite l'écoule- ment par capillarité. Quel que soit le degré de serrage appliquant les in- terfaces l'une contre l'autre, il subsiste un certain intervalle entre el- les et plus les couches sont enroulées serré l'une sur l'autre, plus le cuivre fondu a tendance à couler facilement dans les intervalles étroits.
On a constaté que la limite de l'action capillaire exercée par le cuivre fondu est d'environ 0,1 mm. Lorsque le cuivre coule hors des réservoirs et entre les interfaces, il ne s'écoule pas en dehors du joint. L'écoule- ment s'arrête à la surface périphérique du tube, en réunissant ainsi avec certitude complètement les interfaces sur les surfaces intérieure et exté- rieure du tube. Cette action capillaire s'exerce même si la dimension transversale des réservoirs est voisine ou en partie inférieure à la li- mite capillaire de 0,1 mm, car même si le tube a été mal enroulé, c'est- à-dire si les couches qui le forment ne sont pas serrées étroitement l'une sur l'autre, l'intervalle entre les interfaces des couches et dans le joint est inférieur à la section transversale de la cavité du réservoir.
En se reportant à la figure 1, on voit que la bande en acier peut avoir la forme d'une bobine 1 d'où la bande 2 se déroule et passe dans un laminoir à tube comportant plusieurs cylindres de formation. Ces lami- noirs à tubes sont connus des spécialistes et celui de la,figure est dési- gné d'une manière générale par 3. Un mandrin 4 maintenu par un support ap- proprié 5 s'introduit dans le tube pendant que la bande est encore ouver- te, et comporte une portion de bout 6, disposé entre deux cylindres oppo- sés du laminoir à tube de façon à comprimer fortement la paroi du tube.
La structure du tube suivant l'invention apparaît sur la figure 2. La bande est enroulée sur 7200 environ de façon à former une couche in- térieure 10 et une couche extérieure 11, dont les interfaces 12 sont sen- siblement en contact. Une portion intermédiaire de la bande est décalée de préférence sous forme angulaire, comme représenté en 13, et les bords de la bande viennent en contact avec les faces opposées de la portion déca-
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lée, aux points 14 et 15. Les bords ont de préférence une forme biseautée de façon à s'appliquer exactement contre la portion décalée.
Pour simplifier, cette portion du tube, c'est-à-dire celle qui est formée par la portion déca- lée et les bords opposés en contact de la bande peut être désignée sous le nom de joint., Les tubes de cette forme de construction générale, formée par une bande en acier recouverte de cuivre,
sur lesquels la couche de cuivre apparaît à l'intérieur et à l'extérieur du tube et dont les couches et le joint sont soudés par le cuivre ont été fabriqués en grandes quantités pen- dant ces dernières années et il ne parait pas nécessaire de donner une des- cription détaillée de leur structureo Le procédé de fabrication des tubes avec une bande en acier recouverte de cuivre est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 1.892.607 du 27 Décembre 1932 et un procédé de for- mation de la bande est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 2.292.810 du 11 Août 1942.
Suivant la figure 1, on voit qu'il existe une bobine 20 d'un ru- ban de cuivre. Le ruban 21 se déroule de cette bobine et arrive dans le tu- be au fur et à mesure de sa formation. On peut le faire passer sur un dis- positif approprié 22 de maintien sous tension. Suivant la figure 2, le ru- ban de cuivre 21 est disposé entre les couches 10 et 11 en un point où il ne coïncide pas avec le joint. De préférence, il se trouve à 90 du joint, mais il peut se trouver en un point quelconque éloigné du joint. La figure 2 représente le tube contenant le ruban de cuivre au moment où il sort du laminoir de formation. Le ruban est en contact avec les couches qui le ser- rent, de sorte que pendant son mouvement longitudinal, le tube entraîne le ruban à partir de la bobine.
Le tube ainsi formé et le ruban disposé entre ses couches avancent dans le sens longitudinal d'un mouvement uniforme l'un par rapport à l'autre.
Le tube ainsi formé peut être coupé en tronçons relativement longs, puis recevoir son traitement thermique. La figure 3 représente un four 25 auquel fait suite un refroidisseur 26 et qui comporte plusieurs tuyaux de guidage 27 le traversant, et dans lesquels on peut faire passer simultané- ment dans le four et dans le refroidisseur plusieurs tronçons de tubes. De préférence,on maintient une atmosphère non oxydante ou réductrice dans le four, dans lequel elle peut être introduite par un tuyau d'admission 28 et on peut faire brûler le gaz à l'extrémité d'entrée du four. Le traitement thermique s'effectue de préférence dans un four de cette forme.
La température à laquelle le tube est exposé dans le four est suf- fisante pour faire fondre le cuivre, et le tube fini a la forme de la figure 4. Le chauffage du tube doit être de nature à faire fondre le ruban de cui- vre sur toute la longueur du tube. Le ruban en cuivre 21 a fondu et laisse subsister un vide ou cavité 21a, dirigé dans le sens longitudinal dans la paroi du tube, ainsi que l'indique la figure 5 à plus grande échelle. Le joint en cuivre est également désigné par 30 sur la figure 5, sur laquelle il est représenté sous une épaisseur plus grande que dans la réalité. Dans certains cas, la totalité du cuivre ne sort pas du réservoir et une certai- ne quantité 31 y subsiste.
La machine du type décrit ci-dessus fait subir à la paroi du tube une certaine pression entre le mandrin et les cylindres de formation et une certaine quantité de métal de la bande se déplace, en formant ainsi la cavi- té qui contient le ruban de cuivre. En réalité, le ruban peut être légère- ment aminci sous Inaction de la pression. La machine de la forme des figu- res 6 et 7 forme une rainure dans la bande de façon à loger le ruban. Les éléments de la machine de la figure 6 qui sont les mêmes que ceux de la ma- chine décrite ci-dessus sont désignés par les mêmes références.
Des cylin- dres d'une forme appropriée 36 et 37 de la machine de la figure 6 forment une rainure 35, figure 8, dans la bande, un de ces cylindres comportant une nervure 38 provoquant le déplacement du métal de la bande et formant la rai- nure de la figure 7. Le ruban de cuivre arrive dans la rainure 35 au fur et à mesure de la formation du tube, par exemple au moyen d'un dispositif de guidage 39, figure 6. Cependant, le contact et le serrage par friction entre
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le ruban et le métal de la bande délimitant la rainure sont suffisants pour tirer le ruban hors de la bobine et provoquer son mouvement uniforme par rap- port au mouvement du tube.
En appliquant le procédé suivant l'invention, on peut amener les interfaces de la bande en acier nu en contact direct, en ne formant qu'un in- tervalle de dimensions infinitésimales entre les couches d'acier. Ce résul- tat est avantageux, car ainsi qu'il a déjà été dit, le cuivre fondu a ten- dance à couler dans cet intervalle étroit, et on pourrait dire que le résul- tat est d'autant meilleur que l'intervalle est plus étroit ou que les cou- ches d'acier sont plus fortement serrées. La solution idéale et préférée con- siste à prévoir dans le réservoir une quantité de cuivre suffisante pour rem- plir complètement l'intervalle entre les couches d'acier et le joint. Cette quantité de cuivre n'a pas besoin d'être réglée avec une grande précision, car si le cuivre est en excès, il reste dans la cavité.
Le cuivre fondu cou- le entre les couches d'acier et remplit l'intervalle entre les interfaces du joint mais ne coule pas hors du joint ni en dedans ni en dehors du tube.
Etant donné que le ruban est incorporé dans la paroi du tube à l'état solide, le métal de la bande d'acier doit le loger. Suivant la figu- re 5, le métal des couches de la bande est déplacé, en formant ainsi la cavi- té de logement du ruban, et ce déplacement peut se produire sur les couches intérieure et extérieure. La rainure formée d'avance de la figure 8 consti- tue une cavité dans le métal d'une seule des couches. On lui donne de préfé- rence une forme et des dimensions sensiblement conformes à celles du ruban, pour que les dimensions de la cavité ne soient pas sensiblement supérieures à celles qui sont nécessaires pour contenir la quantité voulue de cuivre.
Les dimensions du ruban sont importantes. Elles doivent être dé- terminées exactement d'après les dimensions du tube et l'usage auquel il est destiné, pour que la paroi conserve à l'endroit de la cavité sensible- ment la résistance critique et les propriétés de fonctionnement de la paroi double.
En amincissant le métal de la paroi du tube à l'endroit de la ca- vité, on a tendance à faire diminuer la pression interne d'éclatement du tube, mais avec une paroi d'épaisseur double et un ruban de dimensions ap- propriées, on peut conserver la valeur critique de cette pression et la fai- ble diminution n'a pas d'importance. Si la longueur périphérique de la ca- vité qui est déterminée par la largeur du ruban est trop grande, il peut arriver que la paroi du tube tende à se plisser légèrement lorsque le tube subit de fortes déformations.
Un exemple d'un tube d'excellente qualité a les dimensions suivantes: pour former un tube de 6,35 mm de diamètre exté- rieur, on prend une bande en acier de 0,355 mm d'épaisseur de façon à ob- tenir une paroi de 0,71 mm d'épaisseur, avec un ruban en cuivre de 1,27 à 1,52 mm de largeur et d'une épaisseur d'environ 0,139 mm.. Le tube de cet exemple donne satisfaction à tous les points de vue et dans toutes les ap- plications, d'autant plus que les dimensions de la cavité résultante ne font diminuer en aucune manière la qualité du tube.
Inapplication du procédé suivant l'invention procure de nombreux avantages et des résultats inattendus. On réalise une économie globale de fabrication, car elle peut s'effectuer d'une manière courante avec un pourcentage extrêmement élevé de tubes de bonne qualité et un pourcentage aussi faible que possible de tubes défectueux. Pour que le tube regoive sa forme d'une manière appropriée, il suffit de faire en sorte que le cuivre du réservoir fonde et il ne peut couler qu'en un seul point, c'est-à-dire entre les interfaces des couches d'acier et dans le joint. On réalise une notable économie car il n'est pas nécessaire d'appliquer sur la bande une couche du métal de liaison, ce qui constitue une opération coûteuse.
Il n'est pas nécessaire de maintenir aussi étroites les tolérances de la bande; par exemple la longueur, la largeur et l'épaisseur de la bande varient inévitablement et ces variations ont pour effet de rendre les couches plus serrées en certains points qu'en d'autres. En remplissant le réservoir d'une
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quantité appropriée de cuivre., celui-ci remplit les intervalles entre les couches d'acier et le joint auxp oints où elles ne sont pas aussi fortement serrées. On voit donc qu'on peut fabriquer un tube de bonne qualité avec une bande dont les tolérances ne sont pas aussi étroites que celles qui étaient nécessaires jusqu'à présent. Il en résulte évidemment une économie de fabrication de la bande,et par suite du tube. On réalise de même une économie dans la quantité de cuivre consommée.
Avec le tube à double paroi suivant l'invention, il suffit dune quantité de cuivre égale environ au tiers de celle qui est nécessaire pour fabriquer un tube avec une bande recouverte d'une couche de cuivre. De plus, les portions extrêmes des bords du ou des joints qui viennént se confondre avec .les surfaces intérieure et extérieure du tube sont parfaitement soudées l'une sur l'autre sans bavure ni saillieet sans portions ouvertes ou non soudées.. étant donné que le cuivre coule jusqu'aux surfaces du tube et ne coule pas plus loin.
En outre, on peut fabriquer un tube dont les surfaces intérieure et extérieure découvertes en acier sont propres. Ce résultat est avantageux dans certaines applications dans lesquelles le cuivre ou autre métal de liaison doit être enlevé. Il subsiste évidemment une ligne mince de cuivre dans le joint à l'intérieur et à l'extérieur du tube, mais si le cuivre ris- que d'être attaqué par les fluides circulant dans le tube,, l'attaque ne se produit que sur une très faible profondeur dans le joint et cesse ensuite.
Bien entendu., le tube fini peut être recouvert ou enduit d'une couche d'un autre métal, tel que 1-'étain ou un alliage d'étain et de plomb, si on le désire.
L'invention convient particulièrement et s'applique à la fabri- cation de tubes à partir d'une seule bande de métal à paroi de double épais- seur. La paroi d'un tube ainsi formé est double sur toute sa périphérie et par suite sa résistance est déterminée par sa double paroi., à l'encontre des tubes formés par deux bandes, dont les couches p euvent ne pas être en contact étroit et qui comportent en certains points un intervalle inévita- ble entre les bords de la couche intérieure ou de la couche extérieure, et dont la paroi n'est par suite que d'une seule épaisseur dans l'intervalle.
Malgré la présence de la cavité du réservoir, la paroi du tube suivant l'invention est nettement double sur toute sa périphérie. De plus, on a la certitude que les interfaces des couches et du joint sont complète- ment soudées, sauf à l'endroit de la cavité du réservoir. On pourrait dire quon se résout à la présence de la cavité du réservoir pour obtenir un joint sans défauts des interfaces. Mais les conditions globales sont amélio- rées.
Les défauts et défectuosités du joint des interfaces sont pratiquement supprimés. Ce résultat est extrêmement avantageux car ces défauts et défec- tuosités sont généralement très irréguliers et ne peuvent être déterminés d'avance. Au contraire., les conséquences de la présence de la cavité du ré- servoir sont toujours les mêmes et peuvent être réglées et déterminées d'a- vance. Ce résultat est extrêmement avantageux, en particulier si l'on consi- dère que les tubes sont fabriqués en série avec la certitude d'obtenir un joint satisfaisant de toutes les interfaces.
Bien que l'invention ait été décrite en tant que s'appliquant à 1-'emploi d'un seul ruban de métal de liaison, on peut employer suivant l'in- vention deux ou plusieurs rubans, bien qu'on donne généralement la préféren- ce à un seul ruban. Cependant, si l'on désire fabriquer un tube possédant des propriétés lui permettant de résister à de fortes déformations, il peut être avantageux de réduire la longueur périphérique de la cavité, en parti- culier s'il s'agit de tubes de grand diamètre. On peut arriver à ce résul- tat avec deux rubans séparés dans le sens de la périphérie du tube et ayant chacun une largeur à peu près égale à la moitié de celle d'un ruban unique de façon à fournir la même quantité de cuivre et en supposant que leur épais- seur reste la même.
Par suite, bien qu'il existe deux cavités, la longueur périphérique de chacune d'elles diminue en conséquence.
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Dans certains cas où l'on étire le tube pour en réduire le diamètre, et en particulier lorsqu-*On l'étire dans une filière et sur un mandrin, la cavité peut être fermée en partie ou en totalité, mais on considère qu'elle existe toujours, au point de vue de la description, car marne si elle est sensiblement fermée, il n'existe pas de joint. Le ruban du métal de liaison a été considéré dans la description comme étant du cuivre. Le mot "cuivre" ainsi Employé doit être considéré dans son sens le plus large et comme désignant non seulement le cuivre pur du commerce, mais encore d'autres métaux et alliages contenant du cuivre.