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PROCEDE ET APPAREIL PERFECTIONNES POUR COUDER DES TUBES OU TUYAUX.
Cette invention concerne un procédé et un appareil perfectionnés pour couder ou cintrer des tubes ou des tuyauxo Lorsqu'un tronçon de tube ou de tuyau présente une rigidité telle qu'il ne peut pas être facilement coudé à froid, on a recours au travail à chaud, en remplissant le tube ou le tuyau de sable ou d'une autre substance pour l'empêcher de s'affaisser ou de se réformer intérieuremento Ensuite on chauffe le tube ou le tuyau sur la longueur à couder et on y exerce une traction pour le cintrer à l'angle voulu au moyen d'un palan treuil ou cabestan ou par pression ou traction, autour d'un mandrin ou d'une forme. Un but de l'invention est de permettre le cintrage du coude sans remplissage du tube ou du tuyau.
Un autre but est de permettre un réglage exact de la limite de la température du métal pendant le cintrage du coudeo
La présente invention comprend le procédé pour couder à chaud un tube ou tuyau métalliques caractérisé en ce qu'on fait varier progressivement l'emplacement sur une certaine longueur du tube à couder., d'une courte'section où le tube est chauffé à une température appropriée et cintréo
L'invention comprend aussi un appareil pour couder à chaud un tube ou tuyau métallique,
caractérisé par un dispositif de chauffage destiné à chauffer le tube sur une courte section de la longueur à couder et agencé de façon qu'il y ait un mouvement relatif progressif entre le tube et le dispositif de chauffage sur cette longueur du tube et un dispositif cintreur destiné à cintrer le tube à l'endroit de la section chaufféeo
L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple avec référen- ce aux dessins plus ou moins schématiques annexés, dans lesquels :
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Figo 1 est une vue en plan montrant partiellement en coupe les parties les plus importantes d'un appareil pour couder à chaud un tube qui y est représenté dans la position convenant pour le cintrage.
Figa 2 est une vue en coupe d'un mandrin rotatif et d'un galet de réaction, suivant la ligne II-II de la Figo 1 ;
Figo 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la Fig. 1 ;
Figo 4 montre une partie de l'appareil de la Fig. 1, à plus grande échelle., dans la position occupée à un moment intermédiaire pendant l'opération de cintrage;
Figa 5 montre une autre-position d'un dispositif de chauffage par induction., et
Figo 6 représente un appareil pour freiner de façon réglable le mandrin rotatif.
Comme on le voit sur les Figs. 1 à 4 des dessins, un tube 1 est monté dans un appareil destiné à couder en arc de cercle une partie de sa longueurde façon qu'on puisse le faire avancer axialement à l'aide d'un palonnier 2 portant en son milieu contre une extrémité du tube. Aux extrémités du palonnier sont articulés des plongeurs 3 qui coulissent à frottement doux dans des cylindres correspondants 7+ et font avancer le palonnier lorsqu'un fluide hydraulique sous pression est amené, par un tuyau branché 5, aux extrémités des cylindres situées du côté opposé au palonnier.
L'extrémité du tube sur laquelle porte le;palonnier est supportée par une collerette annulaire 6 qui est engagée dans l'extrémité du tube et s'y ajuste convenablement. Entre cette extrémité du tube et le point où ce dernier doit être coudésle tube est supporté par un patin coulissant 7 qui comprend une pièce 8 maintenue de façon à pouvoir coulisser sur une glissière fixe 10 présentant des nervures 9 en saillie vers l'intérieur et s'engageant dans des rainures complémentaires ménagées dans les faces en regard du patin, et qui comprendaaussi une pièce llo Les pièces 8 et 11 du patin sont conformées de manière à saisir fermement le tube entre elles, et il est prévu des dispositifs de fixation appropriés (non représentés), de préférence d'un type permettant d'attacher le tube rapidement au patin et de l'en dégager rapidement.
L'arc de courbure est déterminé par une gorge 12 formée dans un mandrin rotatif 13 pouvant tourner autour d'un axe fixe 31, la gorge présentant la forme d'un cercle ayant cet axe 31 comme centre. Le tube est fixé au mandrin rotatif, à une extrémité de la gorge, par un dispositif de préhension approprié (dont une partie est représentée en 32) et des dispositifs de fixation appropriés (non représentés), de préférence d'un type permettant d'attacher le tube rapidement au mandrin rotatif et de l'en dégager rapidement, tandis que le mandrin rotatif, la glissière et le palonnier sont disposés les uns par rapport aux autres de telle façon que lorsqu'on fait avancer le tube et tourner le mandrin rotatif, le tube se trouve dans la gorge 12 au point où;se fait le cintrage et aux points où le cintrage a eu lieu.
La forme de la gorge 12 en coupe transversale est telle que le tube vient en contact avec la surface interne de la gorge sur les côtés de celle-ciprincipalement vers les bords sans qu'il y ait contact avec le fond de la gorge.
De l'autre côté du tuyau, au point où se fait le cintrage, se trouve un galet de réaction lisse en acier coulé 14 pouvant tourner autour d'un axe fixe 33 et présentant une gorge 15 ayant en coupe transversale une forme semblable à celle de la gorge 12 du mandrin 13 et ne venant en contact avec le tube que sur les côtés de la surface interne de la gorge, près des bords de celle-cio
De préférence,le mandrin rotatif 13, le galet de réaction 14,
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la glissière 10 et les cylindres 4 des plongeurs sont montés sur une pla- que d'assise unique (non représentée) et les cylindres des plongeurs., par exemple,
peuvent être disposés de manière que leur position par rapport à cette base puisse être modifiée pour permettre d'introduire dans l'appa- reil des tubes qui doivent présenter des parties droites de longueurs dif- férentes, entre l'extrémité portant contre le palonnier et le coudeo
Pour couder le tuben on le chauffe par un dispositif de chauf- fage électrique par induction 16 maintenu centré dans le tube par une pièce d'écartement isolante en forme de disque 17 à l'extrémité d'une lance 18 qui s'étend à l'intérieur du tube dont elle est espacée par une ou plusieurs pièces d'écartement isolantes en forme de disques 19 et qui passe dans une ouverture 20 du palonnier 2 pour aboutir à une tête extérieure 21 qui peut être fixée de telle manière que le dispositif de chauffage par induction occupe une position fixe par rapport au mandrin rotatif et au galet
de réaction pendant l'opération de cintrageo Le dispositif de chauffage par induction est destiné à chauffer le tube sur une courte section annulaire et consiste par exemple en quelques spires de tube de cuivre auxquelles un courant électrique à haute fréquence est amené par la lance, et dans les- quels on fait circuler un courant d'eau de refroidissement continu, cette eau de circulation étant également amenée par la lanceo Celle-ci, pour as- surer l'arrivée et le retour de l'eau et pour former les deux conducteurs électriques nécessaires, consiste de préférence en deux tubes de cuivre concentriques espacés l'un de l'autre par des isolateurso
A proximité du galet de réaction, du côté opposé à celui tourné vers la palonnier,,
se trouve un ajutage 22 auquel de l'air est amené sous pression pour refroidir le tube lorsqu'il quitte le point où il a été cintré entre le mandrin rotatif et le galet de réaction.. dans le plan commun à l'axe du mandrin et à celui du galeto L'axe de l'ajutage est incliné sur l'axe du tube de telle sorte que'l'air qui frappe celui-ci tend à s'éloigner de l'endroit où se fait le cintrage.
Près du galet de réaction, du côté tourné vers le palonnier se trouve un pyromètre à rayonnement 23 dirigé de manière à recevoir le rayon:nement de la surface extérieure du tube à l'endroit ou tout près de l'endroit où se fait le cintrage du coude. Le rayonnement de la surface du tube est une mesure de la température de celle-ci,, qui est portée sur un cadran indicateur 24.
En fonctionnement, un tube droit 1 à couder est introduit dans 1?espace entre les gorges situées en regard l'une de l'autre 12 et 15 du mandrin rotatif 13 et du galet de réaction 14, le dispositif de chauffage par induction 16 étant placé à l'intérieur, et l'extrémité du tube est adaptée sur la collerette annulaire 6 du palonnier 2 les plongeurs 3 occupant la position entièrement effacéeo Lorsque le patin 7 se trouve à l'extrémité de la glissière 10 la plus rapprochée du palonnier, on fixe le tube au patin et on le fixe également au mandrin rotatif.
La tête extérieure 21 à l'extrémité de la lance 18 est ajustée et fixée en place de telle façon que le dispositif de chauffage par induction se trouve à l'intérieur du tube, prêt à chauffer une courte section annulaire de ce dernier dans le plan commun à l'axe 31 du mandrin rotatif et à l'axe 33 du galet de réaction.
Le fluide de refroidissement étant mis en circulation, on met en circuit le dispositif de chauffage par induction et lorsque la courte section annulaire chauffée du tuyau atteint juste une température appropriée, comme le montre le cadran indicateur du pyromètre, on exerce une pression longitudinale sur le tuyau en admettant le fluide hydraulique sous pression dans les cylindres des plongeurs par le tuyau 5,
de telle sorte qu'il se produit une légère rotation du mandrin provoquant un cintrage correspondant du tube à l'endroit de la courte section annulaire chaufféeo La rotation du mandrin permet au tube de se déplacer par rapport au dispositif de chauf-
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fage par induction et amène une nouvelle partie du métal du tube dans la position voulue pour être chauffée et cette nouvelle partie est chauffée à son tour par le dispositif de chauffage et un nouveau cintrage est alors produit dans le court secteur annulaire chauffé dans le plan commun aux axes du mandrin rotatif et du galet de réaction.,
L'opération est poursuivie ïusqu'à ce que la somme des cintrages successifs forme le coude voulue Après l'exécution du coude le métal du tube est refroidi par le courant d'air éjecté de l'ajutage
Pendant le cintrage d'un coude, le galet de réaction et le patin maintiennent le tube tangent à la gorge du mandrin rotatif.
La section chauffée du tube soumise au cintrage est supportée de chaque côté par une section de tube dont la température est plus basse et dont la résistance à la déformation est donc plus élevée,, de telle sorte que le cintrage du coude s'opère sans affaissement du tubeo
Les gorges ménagées dans le mandrin rotatif et dans le galet de réaction ont des configurations propres à réduire la tendance de chaque section chauffée à s'aplatir pendant le cintrage du coudecar., comme la section ne vient en contact avec les côtés que près des bords des gorges,
celles-ci offrent une résistance à un accroissement des dimensions du tube perpendiculairement au plan de l'arc suivant lequel la section de tube est cintrée et aucune réaction du fond des gorges ne tend à réduire les dimensions au tube parallèlement au plan de cet arco
Le contrôle précis qui est exercé sur la température du métal pendant le cintrage est particulièrement important pour certains aciers spéciaux.
De préférence le cintrage sur toute l'étendue du coude est effectué d'une façon continue et pendant le cintrage continu le dispositif de chauffage par induction est de préférence placé plus près du palonnier qu'exactement dans le plan commun à l'axe du mandrin rotatif et à celui du rouleau de réaction, par exemple, comme c'est indiqué sur la fig. 5, vu que le métal du tube qui se déplace continuellement devant le dispositif de chauffage par induction n'atteint sa température maximum que lorsqu'il arrive au milieu de son parcours le long de ce dispositif.
Pendant cette opération continue,on augmente l'admission de fluide hydraulique sous pression aux cylindres des plongeurs si le cadran indicateur du pyromètre commence à indiquer une température plus élevée que celle qui a été reconnue par les essais comme dépassant L'optimum et on réduit l'admission de fluide hydraulique sous pression si le-cadran du pyromètre commence à indiquer une température inférieure à cet optimum.
Pendant qu'on cintre le coude d'un tube, les conditions du métal du côté intérieur de l'arc suivant lequel l'axe du tube est cintré sont différentes de celles du métal du côté extérieur de l'arco Il peut être désirable de s'arranger pour chauffer un côté du tube plus fortement que l'autre et ceci peut être obtenu en plaçant le dispositif de chauffage par induction excentriquement sur la pièce d'écartement isolante en forme de disque 17 de manière qu'il soit plus rapproché d'un côté de la paroi du tube que de l'autre.
Le mandrin rotatif n'est commandé que par le tube soumis au cintrage, mais en variante le mandrin rotatif peut être freiné pour ralentir le mouvement de rotation qui lui est imprimé pendant le cintrage ou bien on peut lui appliquer un couple dans le même sens, ou un couple suffisant pour effectuer le cintrage sans appliquer un entraînement au tube et des dispositions diverses peuvent être employées pour régler et ajuster l'épaisseur de la paroi du tube pendant le cintrage. Le mandrin rotatif est supposé être fixé à un arbre rotatif portant un pignon 41, en prise avec une crémaillère 42 qui lorsque le mandrin rotatif tourne dans le sens du déplacement du tube pendant le cintrage, repousse un plongeur 43 dans son cylindre 44, dont l'échappement du fluide hydraulique est réglé par une van-
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ne 45.
Cette dernière est commandée par l'opérateur qui commande aussi unevanne 46 montée dans le tuyau d'amenée du fluide hydraulique 5 relié aux cy,- lindres des plongeurs 4. On commande l'opération de cintrage en réglant l'ouverture des vannes 45 et 46 pour maintenir un rapport optimum déterminé par des essais préalables, entre les pressions dans les cylindres de plongeurs 4 et 44, qui donne l'épaisseur désirée des parois et assure un avancement continu du tube 1 à la vitesse voulue pour maintenir l'indication de la température optimum sur le cadran 24 du pyromètre. En vue de faciliter la comparaison des pressions, des aiguilles de manomètre pour les deux pressions peuvent donner leurs indications sur un cadran unique 47.
REVENDICATIONS.
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PERFECTED PROCESS AND APPARATUS FOR BENDING TUBES OR PIPES.
This invention relates to an improved method and apparatus for bending or bending tubes or pipes. When a section of pipe or pipe has such a stiffness that it cannot be easily cold bent, hot work is resorted to. , filling the tube or pipe with sand or some other substance to prevent it from sagging or reforming internally o Then the tube or pipe is heated over the length to be bent and a traction is exerted on it to bend at the desired angle by means of a hoist hoist or capstan or by pressure or traction, around a mandrel or a form. An object of the invention is to allow the bending of the elbow without filling the tube or pipe.
Another purpose is to allow exact adjustment of the metal temperature limit during bending of the elbow.
The present invention comprises the method of hot bending a metal tube or pipe characterized by gradually varying the location over a certain length of the tube to be bent., From a short section where the tube is heated to a appropriate temperature and arched
The invention also comprises an apparatus for hot bending a metal tube or pipe,
characterized by a heater for heating the tube over a short section of the length to be bent and arranged so that there is progressive relative movement between the tube and the heater over that length of the tube and a bending device intended to bend the tube at the location of the heated section
The invention will be described below by way of example with reference to the appended more or less schematic drawings, in which:
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Figo 1 is a plan view showing partially in section the most important parts of an apparatus for hot bending a tube shown therein in the position suitable for bending.
Figa 2 is a sectional view of a rotary mandrel and a reaction roller, taken along the line II-II of Figo 1;
Figo 3 is a section taken along the line III-III of Fig. 1;
Figo 4 shows part of the apparatus of Fig. 1, on a larger scale., In the position occupied at an intermediate moment during the bending operation;
Figa 5 shows another position of an induction heating device., And
Figo 6 shows an apparatus for adjustably braking the rotary chuck.
As seen in Figs. 1 to 4 of the drawings, a tube 1 is mounted in an apparatus intended to bend part of its length in an arc of a circle so that it can be moved forward axially by means of a lifting beam 2 bearing in its middle against a end of the tube. At the ends of the lifter are articulated plungers 3 which slide smoothly in corresponding cylinders 7+ and move the lifter forward when a hydraulic fluid under pressure is brought, by a connected pipe 5, to the ends of the cylinders located on the side opposite to the lifter.
The end of the tube on which the spreader bears is supported by an annular flange 6 which is engaged in the end of the tube and fits there properly. Between this end of the tube and the point where the latter must be bent, the tube is supported by a sliding shoe 7 which comprises a part 8 held so as to be able to slide on a fixed slide 10 having ribs 9 projecting inwards and s 'engaging in complementary grooves formed in the opposite faces of the pad, and which also comprises a part llo The parts 8 and 11 of the pad are shaped so as to firmly grip the tube between them, and appropriate fixing devices are provided ( not shown), preferably of a type allowing the tube to be quickly attached to the pad and to be released from it quickly.
The arc of curvature is determined by a groove 12 formed in a rotary mandrel 13 capable of rotating about a fixed axis 31, the groove having the shape of a circle having this axis 31 as its center. The tube is fixed to the rotary mandrel, at one end of the groove, by a suitable gripping device (part of which is shown at 32) and suitable securing devices (not shown), preferably of a type allowing attach the tube quickly to the rotating mandrel and quickly disengage it, while the rotating mandrel, slide and lifter are arranged relative to each other such that when advancing the tube and rotating the rotating mandrel , the tube is in the groove 12 at the point where the bending takes place and at the points where the bending has taken place.
The shape of the groove 12 in cross section is such that the tube contacts the inner surface of the groove on the sides thereof mainly towards the edges without contacting the bottom of the groove.
On the other side of the pipe, at the point where the bending takes place, is a smooth cast steel reaction roller 14 rotatable about a fixed axis 33 and having a groove 15 having in cross section a shape similar to that. of the groove 12 of the mandrel 13 and coming into contact with the tube only on the sides of the internal surface of the groove, near the edges thereof.
Preferably, the rotary mandrel 13, the reaction roller 14,
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the slide 10 and the plunger cylinders 4 are mounted on a single seat plate (not shown) and the plunger cylinders., for example,
can be arranged so that their position relative to this base can be modified to allow the introduction into the apparatus of tubes which must have straight parts of different lengths, between the end bearing against the lifting beam and the elbow
To bend the tuben, it is heated by an electric induction heater 16 kept centered in the tube by an insulating disc-shaped spacer 17 at the end of a lance 18 which extends to the tube. 'interior of the tube from which it is spaced by one or more insulating disc-shaped spacers 19 and which passes through an opening 20 of the lifter 2 to lead to an outer head 21 which can be fixed in such a way that the device of induction heating occupies a fixed position relative to the rotary chuck and the roller
reaction during the bending operation The induction heating device is intended to heat the tube over a short annular section and consists for example of a few turns of copper tube to which a high frequency electric current is supplied by the lance, and in which a continuous cooling water current is circulated, this circulation water also being supplied by the lanceo This, to ensure the arrival and return of the water and to form the two conductors electrical necessary, preferably consists of two concentric copper tubes spaced from each other by insulators.
Near the reaction roller, on the side opposite to that facing the lifter,
There is a nozzle 22 to which air is supplied under pressure to cool the tube as it leaves the point where it has been bent between the rotating mandrel and the reaction roller .. in the plane common to the axis of the mandrel and that of the galeto The axis of the nozzle is inclined on the axis of the tube in such a way that the air which strikes the latter tends to move away from the place where the bending takes place.
Near the reaction roller, on the side facing the lifter, there is a radiation pyrometer 23 directed so as to receive the ray: nement of the outer surface of the tube at or near the place where the bending takes place elbow. The radiation of the surface of the tube is a measurement of the temperature thereof, which is shown on an indicator dial 24.
In operation, a straight tube 1 to be bent is introduced into the space between the opposing grooves 12 and 15 of the rotary mandrel 13 and the reaction roller 14, the induction heater 16 being placed inside, and the end of the tube is fitted on the annular flange 6 of the lifter 2 the plungers 3 occupying the fully retracted position o When the shoe 7 is located at the end of the slide 10 closest to the lifter, the tube is attached to the pad and it is also attached to the rotary mandrel.
The outer head 21 at the end of the lance 18 is adjusted and fixed in place such that the induction heater is inside the tube, ready to heat a short annular section of the latter in the plane. common to the axis 31 of the rotary mandrel and to the axis 33 of the reaction roller.
With the coolant circulating, the induction heater is switched on and when the short, heated annular section of the pipe reaches just a suitable temperature, as shown by the pyrometer indicator dial, longitudinal pressure is exerted on the tube. pipe by admitting the hydraulic fluid under pressure into the cylinders of the plungers through pipe 5,
such that a slight rotation of the mandrel occurs causing a corresponding bending of the tube at the location of the short heated annular section o Rotation of the mandrel allows the tube to move relative to the heater.
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fage by induction and brings a new part of the metal of the tube into the desired position to be heated and this new part is heated in turn by the heater and a new bending is then produced in the short annular sector heated in the common plane to the axes of the rotary chuck and the reaction roller.,
The operation is continued until the sum of the successive bends forms the desired bend. After the bend has been made, the metal of the tube is cooled by the air current ejected from the nozzle
While bending an elbow, the reaction roller and shoe keep the tube tangent to the groove of the rotary chuck.
The heated section of the tube subjected to bending is supported on each side by a section of tube whose temperature is lower and therefore the resistance to deformation is higher, so that the bending of the elbow takes place without sagging tubeo
The grooves in the rotary mandrel and in the reaction roller are configured to reduce the tendency of each heated section to flatten during the bending of the car, as the section only contacts the sides near the edges. gorges,
these offer resistance to an increase in the dimensions of the tube perpendicular to the plane of the arc along which the tube section is bent and no reaction from the bottom of the grooves tends to reduce the dimensions of the tube parallel to the plane of this arc
The precise control that is exerted over the temperature of the metal during bending is particularly important for certain special steels.
Preferably the bending over the entire extent of the bend is carried out in a continuous fashion and during the continuous bending the induction heater is preferably placed closer to the lifter than exactly in the plane common to the axis of the mandrel. rotary and that of the reaction roller, for example, as shown in fig. 5, since the metal of the tube which moves continuously in front of the induction heater does not reach its maximum temperature until it reaches the middle of its path along this device.
During this continuous operation, the admission of pressurized hydraulic fluid to the plunger cylinders is increased if the indicator dial of the pyrometer begins to indicate a temperature higher than that which has been recognized by the tests as exceeding the optimum, and the temperature is reduced. intake of pressurized hydraulic fluid if the pyrometer dial begins to indicate a temperature below this optimum.
While bending the bend of a tube, the conditions of the metal on the inner side of the arc along which the axis of the tube is bent are different from those of the metal on the outer side of the arc. It may be desirable to arrange to heat one side of the tube more strongly than the other and this can be achieved by placing the induction heater eccentrically over the disc-shaped insulating spacer 17 so that it is closer to 'one side of the tube wall than the other.
The rotary mandrel is controlled only by the tube subjected to bending, but as a variant the rotary mandrel can be braked to slow down the rotational movement which is imparted to it during the bending or else a torque can be applied to it in the same direction, or sufficient torque to effect the bending without applying a drive to the tube and various arrangements can be employed to set and adjust the wall thickness of the tube during bending. The rotary mandrel is assumed to be attached to a rotary shaft carrying a pinion 41, in engagement with a rack 42 which when the rotary mandrel rotates in the direction of tube movement during bending, pushes a plunger 43 into its cylinder 44, of which the The hydraulic fluid discharge is regulated by a valve
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do 45.
The latter is controlled by the operator who also controls a valve 46 mounted in the hydraulic fluid supply pipe 5 connected to the cylinders of the plungers 4. The bending operation is controlled by adjusting the opening of the valves 45 and 46 to maintain an optimum ratio determined by prior tests between the pressures in the plunger cylinders 4 and 44, which gives the desired thickness of the walls and ensures continuous advancement of the tube 1 at the desired speed to maintain the indication of the optimum temperature on dial 24 of the pyrometer. In order to facilitate the comparison of the pressures, pressure gauge hands for the two pressures can give their indications on a single dial 47.
CLAIMS.