<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne les procédés et les dispositifs pour fabriquer des tubes métalliques par soudure'
Elle concerne en particulier le procédé générale de fabrication de tubes métalliques consistant a faire avancer d'une manière continue une bande métallique initialement plane, tout en lui donnant la forme d'un tu- be comportant une fente le long d'une génératrice, a soumettre ensuite ce tube a un chauffage et a une pression exaercée par des galets de manière a fermer la fente et a souder l'un sur l'autre les deux bords de celle-ci.
Il était d'un usage courant jusqu'a présent, dans l'application de ce pro- cédé général a la fabrication des tubes d'acier, de souder les bords de la fente par un chauffage a résistance électrique ; on appliquait un courant électrique intense en utilisant des contacts constitués par des galets de cuivre,qui pressaient fortement le métal du tube de chaque côté de la fen- te, de manière que le courant passe de l'un de ces galets à l'autre galet directement a travers la fente a l'endroit du point de soudure.et aussi circonférentiellement autour de celui-ci et à travers le métal du tube.
On utilisait généralement un courant alternatif d'une fréquence comprise a peu près entre 60 et 180 cycles, ou atteignant quelquefois 300 cycles dans le cas où le tube avançait rapidement et où on désirait éviter des effets appréciables des pulsations du courant sur la structure résultante de la soudure.
Puisqu'il est essentiel dans un tel procédé de faire passer un courant tres intense a travers le métal du tube afin de chauffer rapide- ment la masse entiere de celui-ci, il est également nécessaire d'appli- quer des galets de contact avec une forte pression contre le tube afin d'assurer un bon contact électrique ; le tube d'acier est capable dans la plupart des cas de résister a une telle pression ; par contre, si le tube est en un métal non ferreux plus mou, par exemple en aluminium, ou possède des parois minces, on ne peut pas appliquer facilement par les galets une pression suffisante pour assurer le bon contact nécessaire avec le tube sans risquer de déformer celui-ci.
En conséquence, on s'est efforcé pour souder les tubes a parois minces ou les tubes constitués par de tels métaux relativement mous, d'utiliser le chauffage par induction, en entourant par exemple le tube en mouvement par une bobine de chauffage a induction, a un entroit précédant immédiatement le point de soudure. Cependant il est difficile d'induire par ce procédé dans le tube un courant suffisant pour le chauffer rapidement, en particulier 'si le tube est en un métal non magnétique, parce que la pièce constituant le tube est un cylindre ouver le long d'une génératrice, et aussi parce qu'il doit y avoir une distance radiale appréciable entre la bobine de chauffage et le tube de manière a réaliser un jeu mécanique suffisant permettant de déplacer le tube a grande vitesse.
Ce procédé consistant a chauffer par induction le tube en l'entourant d'une bobine, bien que donnant de bons résultats dans des conditions variées, est cependant inefficace en ce sens qu'un chauffage assez important se produit dans les parois du tube, y compris les parties opposées a la fente.
La présente invention permet d'éviter les difficultés que présentent les deux procédés décrits ci-dessus ; elle -prévoit a cet effet de chauffer par résistance électrique les bords du tube immédiatement avant de souder ceux-ci, en utilisant un courant a haute fréquence appliqué de telle manière que la plus grande partie du courant passant dans le métal du tube suive un trajet en forma de V formé par les deux bords opposés du tube au moment où ils vont être appliqués l'un contre l'autre a 1' endroit de la soudure.
Ceci est réalisé en faisant arriver le courant intense a haute fréquence a deux contacts, qui engagent respectivement les côtés opposés du tube juste avant le point où les bords de la fente sont amenés l'un contre l'autre' Ces contacts engagent respectivement en coulissant sur elles, -les surfaces marginales opposées de la fente, bien qu'on préfère dans certains cas utiliser des contacts coulissants ou roulants qui engagent, soit les surfaces extérieures, soit les surfaces intérieures du tube près des bords opposés de la fente.
Les contacts coulissants
<Desc/Clms Page number 2>
engageant respectivement les surfaces marginales opposées, a l'intérieur de la fente , peuvent être préférables dans certains cas, parce que ces surfaces ont été coupées avec précision pendant les opérations précédentes du procédé de formation-du tube et présentent donc ordinairement des faces lisses et brillantes qui permettent de réaliser un bon contact électrique; ces contacts servent également a répartir la .pression, des galets agissant contre eux sur les côtés opposés du tube pour rapprocher l'un de l'autre les bords de la fente et les placer dans une position correcte l'un par rapport a l'autre en vue de réaliser une soudure uniforme.
Avec un courant intense a haute fréquence et un voltage relativement faible appliqués de cette manière, la plus grande partie du courant passant dans le métal du tube suit nécessairement, pour des raisons qui seront expliquées plus loin, un trajet partant de l'un des contacts coulissants, coïncidant, avec l'un des bords de la fente jusqu'au point de soudure et suivant ensuite en sens inverse le bord opposé de la fente jusqu'a l'autre contact ; une partie très faible du courant s'écoule suivant la circonférence du tube. La raison de ce phénomène est que le courant a haute fréquence a fortement tendance a suivre le trajet de moindre impédance qui lui est offert,et puisque l'impédance a haute fréquence est principalement une réactance inductive, on peut considérer les trajets offerts au courant en se basant principalement sur l'inductance.
Puisque les bords de la fente qui doivent être soudés sont très voisins l'un de l'autre, le courant a haute fréquence suivant ces bords rencontre une impédance beaucoup plus faible que les courants tendant all'écouler circonférentiellement autour du tube.
Puisque , pour les raisons précédentes, la quasi-totalité du courant a haute fréquence passe le long des surfaces marginales rapprochées de la fente en forme de V, il apparaît que la température de ces surfaces continue a augmenter , après le passage des contacts, et que cette température atteint un maximum exactement au moment où les bords se fondent ensemble à l'endroit de la soudure. Il en résulte-donc que les bords de la fente peuvent se rapprocher des contacts et les franchir avant d'avoir été portés a une température très élevée ; on évite donc ainsi les difficultés causées par les températures élevées a l'endroit des contacts.
Cependant, puisque le courant a haute fréquence continue a passer le long des bords de la fente en V, jusqu'au moment où ces bords se fondent ensemble a l'endroit de la soudure, ceux-ci peuvent être chauffés au point de se ramollir suffisamment pour être soudés, sans risquer d'être endommagés ou déformés en venant en contact dans cet état avec une partie quelconque du dispositif ; a aucun instant , il n'est nécessaire de porter les bords a la température de soudure désirée , si ce n'est juste au moment où ils sont sur le point de se fondre ensemble et seulement dans la zone réduite intéressée. De cette manière, on peut utiliser le courant de chauffage avec un rendement exceptionnellement élevé, parce qu'aucune partie du'tube, a l'exception du point de soudure, ne doit être porté a une température élevée.
Même en ce point, le chauffage jusqu'a la plus haute température est limité dans le temps sensi blement a la durée de la soudure. Si on utilise au contraire les anciens procédés mentionnés ci-dessus, a courant continu ou a courant alternatif a basse fréquence, le courant, en suivant Le chemin de moindre impédance, suit en grande partie des lignes se trouvant dans un plan ou des plans perpendiculaires a l'axe du tube a l'endroit des contacts,, une faible partie quelconque du courant tendant a suivre un autre trajet est répartie a travers la masse du métal du tube et n'agit pas par conséquent efficacement pour le chauffage a haute température.
Dans ces conditions, le chauffage fournit la température maxima a l'endroit des contacts ou près des contacts, au lieu de l'établir plus tard et plus pres du point de soudure.
Dans certains cas, en particulier si le diamètre du tube est relativement faible, une partie considérable au moins du courant a cependant tendance a s'écouler circonférentiellement autour du-tube au lieu.
<Desc/Clms Page number 3>
de suivre les bords de la fente en forme de V, et le point de soudure peut a- voir tendance a changer sa position le long de la direction de déplacement du -tube ; il en résulte alors une perte d'efficacité-et des irrégularités dans la soudée. On a trouvé que ces difficultés pouvaient être surmontées de deux manières, grâce a des caractéristiques qui se complètent en réalité l'une l'autre et rendent possible une augmentation surprenante de la vites- se a laquelle on peut faire avancer le tube, tout en réalisant cependant une soudure d'une grande uniformité.
La première de ces deux caractéristiques consiste a utiliser un canducteur en forme d'épingle a cheveux, que l'on dispose le long de la fente en V et a travers lequel on dirige le courant a haute fréquence a proximité immédiate des bords opposés de la fente ; on diminue ainsi notablement l'impédance du trajet du courant a haute fré- quence le long des bords de la fente jusqu'au point de soudure et a partir de ce point. Ce conducteur en épingle a cheveux semble contribuer dans une certaine mesure a maintenir le trajet de plus faible inductance dans.une position stabilisée, de manière que le point de soudure ne puisse pas se déplacer.
La deuxième caractéristique , qui est la plus importante, pro- vient de la découverte du fait que l'impédance du tràjet du courant a partir de l'un des contacts, circonférentiellement autour du tube et jusqu' a l'autre contact, peut être considérablement augmentées en montant a l'in- térieur du-tube, ou parfois autour du tube et immédiatement a l'extérieur de celui-ci, ou encore a ces deux endroits a la fois, un noyau magnétique ou un organe analogue ;
par sùite de l'augmentation d'impédance ainsi obte- nue sur ce trajet, le courant a haute fréquence est encore concentré da- vantage a l'endroit où on le désire, c'est-a-dire le long des bords de la fente en V. A cause de cette deuxième caractéristique, et grâce a l'emploi d'un courant a haute fréquence d'une intensité donnée, on peut augmenter la vitesse du tube de 90 a 100 ou même davantage, en utilisant une puissance donnée, tout en'réalisant cependant une soudure régulière et uniforme.
D'autres buts, caractéristiques et avantages plus particuliers de l'invention, apparaitront au cours de la description qui va suivre et qui se réfère au dessin annexé représentant, a titre d'exemples, certains modes de réalisation préférés de l'invention.
Sur le dessin :
La figure 1 est une perspective des pièces constitutives essentielles d'un premier mode de réalisation de l'invention et montre la position d'un certaine longueur de tube en cours de progression pendant la soudure;
Les figures 2 et 5 inclusivement représentent en perspective d' autres modes de réalisation de la disposition des contacts.
Si on considère maintenant en détail la figure 1, on voit en 10 un tube avançant d'une manière continue a partir d'un dispositif approprié, qui a donné a une bande métallique plane la forme d'un tube possédant une fente 11, dont les bords opposés sont amenés en contact l'un avec l'autre et soudés au point 12. L'équipement utilisé pour former d'abord un tel tube, avec deux surfaces marginales et opposées, rectifiée et brillantes dans la fente 11, ne fait pas partie de la présente invention ; on ne l'a donc pas représenté sur le dessin. Cet équipement peut être de l'un des types utilisés communément jusqu'a présent pour former de tels tubes.
Les bords de la fente 11 sont amenés en contact l'un avec l'autre au point 12, pendant l'avance du tube, grâce a l'action des galets opposés de pression 13 et 14, qui peuvent être construits et actionnés de la même manière que dans les différentes machines bien connues à souder les tubes.
Deux contacts 15 et 16, séparés par une couche isolante 17 capable de résister aux températures élevées, sont montés sur une structure de support appropriée quelconque de manière a pouvoir engager respecti-
<Desc/Clms Page number 4>
vement par coulissement les surfaces marginales opposées 18, 19 de la fente 11. Les contacts peuvent être formés par des alliages métalliques appropriés capables de supporter des températures élevées sans se corroder et de résister effectivement a l'abrasion.
Les contacts 15, 16 peuvent être connectés respectivement d'une maniere amovible, par exemple au moyen des vis 20, a des barres conductrices 21 , 22, constituées par du cuivre ou un autre métal bon conducteur de l'électricité. Les barres conductrices sont connectées a une source de courant a haute fréquence, par exemple aux bornes d'un transformateur a fréquence radio capable de transformer le courant fourni par une source a haut voltage et a haute fréquence en un courant intense a bas voltage et a haute fréquence,de préférence comprise a peu pres entre 300,000 et 500,000 cycles par seconde.
Un peut utiliser, si on le désire une fréquence beaucoup plus élevée, pouvant atteindre plusieurs millions de cycles par seconde, mais une fréquence d'environ 400,OOu cycles par seconde est largement suffisante dans les cas courants. On peut également utiliser dans certains cas, si on le préfère, des fréquences radio descendant jusqu'a 10,000 cycles par seconde-ou même jusqu'a 9.000 cycles environ, mais ces basses fréquences ne sont pas désirables généralement.
L'intensité du courant que l'on fait passer dans le circuit des contacts 15 ,16 peut varier entre des limites considérablement écartées, suivant les dimensions et l'épaisseur du tube, et suivant la vitesse de son déplacement longitudinal ; le taux nécessaire d'application de la chaleur augmente naturellement proportionnellement a l'augmentation de la vitesse du tube, et la quantité nécessaire de chaleur est sensiblement d'autant plus importante que les parois du tube sont plus épaisses. Il fient appliquer un courant suffisant pour que les bords du métal dans la fente 11 fondent et se soudent exactement au moment où ils viennent en contact l'un avec l'autre au point 12, tandis que le métal éloigné de ces surfaces marginales reste solide.
D'une maniere générale -Les tubes de grand diametre n'exigent pas un courant de chauffage sensiblement plus fort que les tubes de petit diamètre ayant la même épaisseur de paroi. Ceci et le fait que l'application d'un courant a haute fréquence n'exige pas une grande pression de contact constituent des avantages importants de l'invention, que l'on peut par conséquent appliquer a des tubes d'une grande variété de dimensions, de formes, de résistances et de métaux. un peut appliquer aux côtés du tube , si on le désire, des galets supplémentaires, tels que 25 et 26, dans une position où ils pressent énergiquement les bords 18, 19 de la fente respectivement au contact des organes 15 et 16. Ces galets doivent être de préférence en une matiere isolante, ou comporter des surfaces ou arbres de support isolés.
Dans le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 1, la barre conductrice 20 est représentée avec un intervalle de discontinuité 27, au-dessus duquel la partie 22a de la barre conductrice s'étend jusqu'a sa connexion a l'arrivée du courant. Le but de cet intervalle est de connecter en série avec le circuit une partie conductrice 30 ayant la forme d'une épingle a cheveux s'étendant vers le bas depuis la portion 22a de la barre conductrice jusqu'en un point voisin de l'un des bords de la fente 11, puis le long de ce bord jusqu'a un point situé au-dessus du point 12. En ce dernier, point, cette partie conductrice jJ est repliée de manière a revenir sur elle-même en suivant l'autre bord de la fente 11, juste-au-dessus de celui-ci et elle vient ensuite en contact avec la partie 22 de la barre conductrice.
Le rôle de la partie conductrice 30 prévue dans la position représentée est de contribuer a concentrer le courant le long des bords de la fente 11, en raison de ce que l'on appelle quelquefois "l'effet de proximité" dans la technique du chauffage par induction. Autrement dit, la boucle 3u
<Desc/Clms Page number 5>
sert a offrir au courant, a travers le point de soudure, un trajet ayant une inductance notablement plus faible que celle réalisable autrement, en raison! de la proximité du courant passant dans cette boucle.
Il est évident que, dans le mode de réalisation particulier re- présenté sur la figure 1, le courant venant de la source traverse la partie
22a de la barre conductrice, puis le conducteur 30 en forme d'épingle a cheveux, la portion 22 de barre conductrice, le contact 16, l'un des bords de la fent le, la région du point 12, l'autre bord de la fente 11, le con- tact 15 et enfin la barre conductrice 21 qui assure son retour à la source L'emploi d'un organe conducrteur tel que 30 peut être désirable dans le cas où la fréquence radio utilisée est comprise dans les gammes les plus bas- ses, par exemple au voisinage de 10.000 cycles ou même moins, car dans ce cas une partie considérable du courant tendrait, en l'absence de cet orga- ne 30,a s'écouler circonférentiellement autour du tube.
Au contraire, pour les fréquences élevées voisines par exemple de 300 kilocycles où même supé rieures a cette valeur, l'organe 30 peut ne pas être nécessaire.
En raison du-courant intense utilisé, il est généralement néces- saire ou désirable de prévoir un moyen de refroidissement pour les barres conductrices 21, 22, 22a. Ce moyen peut être réalisé en prévoyant dans ces organes des cavités, comme on le voit sur le dessin, a travers lesquelles on fait circuler un fluide de refroidissement. Par exemple, le fluide peut être amené dans l'organe 22a par une cavité 25, passer de la a travers l' intérieur creux de l'organe 30 jusqu'à une cavité 36 prévue dans la barre conductrice 22, puis s'écouler a travers un tube en matière isolante 37 et pénétrer dans une cavité 38 de la barre conductrice 22a. La barre conductrice 21 peut comporter une cavité 39 en forme d'U pour recevoir le liquide de refroidissement.
Il est bien entendu qu'on peut prévoir un moyen de support et de montage convenable isolé (non représenté) pour maintenir rigidement les barres conductrices dans les positions représentées et pour pouvoir les régler éventuellement par rapport au point de soudure 12.
Comme on le voit sur la figure 2, il n'est pas nécessaire que les contacts 15a et 16a destinés à appliquer le courant a haute fréquence aux deux bords opposés de la fente, soient exactement en face l'un de l'autre on peut au contraire les décaler l'un se trouvant en avant de l'autre.
Cette disposition peut être particulièrement désirable, quand il est possible de réaliser un trajet relativement court du courant entre les contacts et le point de soudure et de réaliser par conséquent une fente plus étroite dans le tube a l'endroit où les bords de la fente doivent être chauffés, en diminuant ainsi le réactance du trajet suivi par le courant,
Dans d'autres cas, comme on le voit sur la fig.
3, on peut donner aux extrémités inférieures 41, 42 des contacts 15b,16b la forme voulue pour qu'elles viennent en contact avec la surface extérieure du tube 16b le long des lignes voisines des bords de la fente Avec cette disposition, on peut réaliser une fente encore plus étroite a l'endroit des points de contact et réduire par conséquent a un minimum l'impédance du trajet du courant entre les contacts et le point de soudure' D'autre part, comme on le voit sur la figure 4, on peut disposer les contacts 15c 16c, de manière qu'ils s'étendent vers le bas d travers la fente, et les munir J'extrémités 43, 44 @ui engagent la surface intérieure du tube en des points disposés le long de la fente et @rès près de celle-ci.
Ce mode de réalisation est préférable quand les surfaces intérieures du tube sont uniformes et brillantes et par conséquent susceptible de réaliser de bons contacts électriques, ou quand on désire réaliser un chauffage plus intense le long de la partie inférieur des bords de la fente.
Le mode de réalisation représenté sur la fige 5 est le même que celui de la figure 3, avec cette différence cependant que les contacts 15b 16b , sont disposés, si on le désire, plus près du point de soudure 12b
<Desc/Clms Page number 6>
et qu'un organe 62 est dispose dans la fente du tube, en avant des contacts pour empêcher les bords de la fente de venir l'un contre l'autre prématurément ou irrégulièrement.
Dans le cas oû les contacts ne sont pas interposés entre les bords de la fente;, ceux-ci peuvent avoir tendance a se rapprocher trop tôt l'un de l'autre après avoir quitté les contacts et avec un petit angle seulement entre eux, cet angle tant si réduit que le point de soudure peut avoir tendance a se déplacer légèrement vers l'avant et vers l'arrière dans le sens de la longueur du tube,en donnant ainsi une soudure irréguliere. Un peut éviter cette difficulté en interposant l'organe d'écartement 62, immédiatement en avant des contacts. Cet organe 62 est constitué par exemple par deux disques rotatifs en tôle métallique mince, isolés l'un de l'autre et de l'arbre 63 qui les porte.
Une structure appropriée de support (non représentée, comportant des paliers et pouvant être réglée en position est naturellement prévue pour cet arbre. Un tel dispositif peut également être utilisé en combinaison avec les dispositions de chacune des autres figures.
Il est bien entendu qu'on peut utiliser, comme sur la figure 1, une structure appropriée de support et un dispositif de refroidissement par fluide avec toutes les formes de contacts représentées sur les figu- res 2 a j inclusivement, et qu'on peut également, si on le désire, utiliser avec les contacts des figures 2 a 5 des conducteurs en forme d'épingles a cheveux, comme celui représenté en 30 sur la figure 1.
Si on examine maintenant de nouveau la figure 1, on peut décrire maintenant avec plus de détail le noyau magnétique mentionné ci-dessus. Ce noyau magnétique peut être formé par exemple par un certain nombre de tiges 50 en matière magnétique, qui sont maintenues, reliées ou supportées d'une manière appropriée quelconque a l'intérieur du tube en mouvement, Dar exemple au moyen d'une piece isolante en équerre 51, qui s'étend vers le bas a travers la fente 11 et dont la forme appropriée lui permet de serrer ou fixer en place une bande isolante ou un organe analogue tel que 52 destiné a enserrer les tiges 50.
Ces tiges peuvent être constituées par.exemple par un oxyde magnétique aggloméré et une matière isolante, appartenant de préf éren- ce a des types déja bien connus et possédant un faible facteur de perte ainsi qu'une résistivité volumétrique élevée ; l'un de ces types est par exemple la matière vendue sous le nom de "Ferramic" par la "General Geramic and Steatite Corporation". cependant, ce noyau peut être formé aussi par une autre matiere quelconque possédant une perméabilité supérieure a l'u- nité, et de préférence considérablement supérieure a l'unité tout en étant telle qu'elle ne donne lieu qu'a des pertes très faibles par courant de Eoucault ;
cette matière peut être formée par exemple par des feuilles de fer, telles qu'on en utilise souvent pour former les noyaux magnétiques utilisés généralement dans les appareils électriques. Comme on le voit sur le dessin, ce noyau magnétique s'étend de préférence depuis une position en-dessous des contacts et a l'intérieur du tube jusqu'a une région en-dessous ou presque en-dessous du point de saudure 12. Ce noyau magnétique remplit sensiblement l'espace intérieur du tube, a l'exception de la région se trouvant immédiatement en-dessous de la fente 11 et du jeu nécessaire le long des parois du tube ; il peut être nécessaire cependant dans quelques cas de prévoir seulement un tel noyau possédant une section transversale arrondie et disposé tout autour-du tube et prés des surfaces intérieures de celui-ci.
1e noyau magnétique intérieur peut être complété par des tiges ou bandes d'une matière magnétique analogue, qui sont disposées autour de la surface extérieure du tube et qui se présentent par exemple sous la forme de tiges telles que 60 maintenues en place par un support isolant 61 fixé d'une manière convenable sur ces tiges. Cependant , le noyau intérieur se révélera généralement comme beaucoup plus efficace que ce dispositif extérieur.
<Desc/Clms Page number 7>
On a trouvé qu'il était possible,avec un noyau intérieur en Fer- ramic, d'augmenter jusqu'a 8 a 10 fois l'inductance du trajet circonféren- tiel allant d'un contact 15 a l'autre contact 16 ; si on choisit convena= blement pour le noyau une matière possédant une faible résistivité, les per- tes de puissance ne sont pas augmentées d'une manière appréciable au-delà de celles qui se produiraient en l'absence d'un tel noyau.
En conséquence le courant fourni par les électrodes et circulant le long des bords de la fente en V vers le point de soudure ou a partir de ce point est suffisam- ment augmenté pour qu'on puisse, comme on l'a constaté par exemple au cours d'un essai typique, souder un tube d'aluminium d'un diamètre de 50,8 mm et d'une épaisseur de 2 mm a la vitesse de 13,5 mètres a la minute, en utili- sant un courant d'une fréquence de 400 kilocycles fourni par un générateur de 20 Kw ; en opérant d'autre part dans les mêmes conditions, mais sans uti- liser le noyau, on ne pouvait faire avancer le tube, en le soudant d'une manière correcte, qu'à des vitesses d'environ 7,2 mètres/minute.
Dans l' essai décrit ci-dessus, les pièces étaient disposées de manière que la dis- tance entre le point de soudure et les bords arrière des contacts soit d'en- viron 56,8 mm. On a constaté que cette distance est de préférence légère- ment inférieure a cette valeur quand il s'agit de souder des tubes en métal non ferreux. Dans un essai analogue de soudure d'un tube d'acier, on a con- staté que cette distance était de préférence voisine de 57,1 mm. Dans un essai caractéristique exécuté avec du tube d'acier, en utilisant un courant d'une fréquence de 375 kilocycles fourni par un générateur de 20 kw, on a constaté qu'on pouvait souder ce tube a une vitesse supérieure a 15 mètres a la minute, le tube ayant un diamètre de 50,8 mm et une épaisseur de paroi de 1,3 mm.
Il n'y avait aucune arête saillante, ni aucune autre irrégularité le long de la ligne de soudure. Avec des générateurs a haute fréquence plus puissants, on peut évidemment augmenter considérablement les vites- ses de soudure mentionnées ci-dessus. L'un des avantages importants de l'invention réside dans le fait que les générateurs a haute fréquence utilisés pour la soudure a grande vitesse sont beaucoup moins coûteux que les générateurs comparables a basse fréquence utilisés jusqu'a présent pour la soudure des tubes. Un autre avantage de l'invention est que la disposition des contacts permet de monter et de régler la machine en quelques minutes pour des dimensions différentes de tube, au lieu des nombreuses heures que nécessitaient les anciens dispositifs.
Il faut remarquer que-le noyau magnétique utilisé dans la combinaison décrite ici remplit un rôle tout à fait différent de celui du noyau magnétique utilisé quelquefois jusqu'a présent pour le chauffage a induction des tubes dans le cas où une bobine de chauffage par induction est disposée autour du tube. Dans ce cas, l'addition du¯noyau augmente le flux magnétique total produit par la bobine, et ce flux augmente a son tour le courant total circulant circonférentiellement dans le tube par suite de l'induction, contrairement a c.é qui se passe dans le procédé de chauffage par résistance conforme a la présente invention.
Dans le cas présent, la situation réalisée avec un noyau magnétique est en réalité opposée a celle réalisée avec de tels procédés de chauffage par induction, parce que l'effet produit dans ceux-ci est principalement d'augmenter le courant circulant autour du tube dans les zones opposées a la fente, tandis que dans la présente invention, le noyau diminue le courant circulant autour du tube et force la plus grande partie du courant a suivre le trajet utile allant d'un contact au point de soudure et de celui-ci a l'autre contact.
En plus des avantages indiqués plus haut, au bénéfice du procédé de la présente invention et résultant cle L'emploi d'un courant a haute fréquence, l'invention procure également différents autres avantages importants provenant des faits suivants. La puissance a haute fréquence nécessaire est fonction de l'épaisseur du métal du tube et elle est en grande partie indépendante du diamètre du tube', Ainsi, il ne faut pas sensiblement plus de puissance pour souder de larges tubes que pour sou-
<Desc/Clms Page number 8>
der des tubes de petit diamètre ; ce est la conséquence du fait que le chauffage est strictement limité aux bords a souder.
Le contraire se produit dans les procédés de chauffage par induction a basse fréquence ; dans ces procédés, plus le diamètre du tube est grand plus la puissance nécessaire est importante, parce qu'une partie considérable de l'effet de chauffage est répartie dans tous les cas dans des régions éloignées des bords de la fente. Une puissance sensiblement moindre est nécessaire pour appliquer le procédé conforme a l'invention, par comparaison avec les procédés a basse fréquence, quel que soit le diamètre du tube a souder, parce que les procédés a basse fréquence ne fournissent aucun moyen de concentrer le chauffage maximum au point de soudure, tandis que dans le procédé conforme a l'invention, ce point est le seul qui soit porté réellement à la température de soudure.
Le procédé conforme a l'invention présente aussi l'avantage de ne nécessiter qu'une seule paire de contacts, tout en réalisant cependant un effet de chauffage parfaitement efficace tout le long des bords de la fente en V, depuis les contacts jusqu'au point de soudure où la température est maxima. Au contraire, avec les procédés a basse fréquence, si on applique des courants intenses a travers la fente, il faut utiliser, soit de gros galets a grande conductibilité appliquant une forte pression soit un certain nombre de paires de ces galets, dont chacune ne peut que produire un chauffage momentané, en risquant même que le tube se refroidisse après le passage de chaque paire de galets et sans avoir aucune possibilité de réaliser un chauffage soutenu et accru des bords de la fente après qu'ils ont quitté les contacts.
Les plus grands avantages du procédé conforme a l'invention sont obtenus avec les tubes a paroi relativement mince, aussi bien en métal ferreux qu'en métal non ferreux, qui ne peuvent pas résister aux pressions de contact considérables que nécessite le fort courant de chauffage exigé par les anciens procédés de chauffage par résistance, surtout si le tube doit progresser a grande vitesse en vue d'une production économique.
Quand on a monté le dispositif pour fabri der des tubes de dimensions données, avec les contacts des bords de la fente disposés a une distance donnée du point de soudure, on peut déterminer par le calcul une fréquence appropriée, de manière que le courant suive le trajet désiré conformément a l'invention , on peut aussi déterminer facilement une fréquence appropriée au moyen de courts essais. Une fréquence de l'ordre de 1U.OUU cycles/seconde permet de faire passer le courant le long des bords de la fente en V, conformément a l'invention, mais une fréquence beaucoup plus élevée est cependant généralement préférable pour éviter certaines difficultés de contact.
Les fréquences voisines de 100.000 cycles, bien que pouvant convenir pour l'application de l'invention entraînent actuellement des difficultés pratiques du fait que cette bande de fréquences se trouve entre la bande plus élevée des génératrices entrainées par des moteurs et la bande plus basse des générateurs de fréquence radio des tubes a vide.
En conséquence , comme on l'a indiqué ci-dessus, ce sont les fréquences de l'ordre de plusieurs centaines de milliers de cycles ou les fréquences plus élevées qui sont préférables actuellement en pratique. Ces fréquences peuvent être obtenues facilement et économiquement avec des génératrices a tubes a @ide ; cependant, en ce qui concerne les principes de l'invention, la fréquence particulière a choisir ne présente pas une importance critique, pourvue qu'elle soit assez élevée pour réaliser le long des bords de la fente en V, et non autour du tube, un circuit suivi par la plus grande partie du courant de la fréquence choisie.
La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique Ser. No. 332.422 du -Il janvier 1953 décrit le même dispositif que celui représenté ici sur.les figures 1 a 4, avec cette .différence cependant que le dispositif de cette demande antérieure ne comporte pas le noyau magnétique disposé dans le tube, ni celui disposé autour du tube.
<Desc/Clms Page number 9>
Bien qu'on ait décrit ici, a titre d'exemple , certains modes de réalisation particuliers de l'invention, il est évident que certaines varian- tes apparaîtront aux techniciens après l'étude de la présente-descriptions, ces variantes appartenant cependant au domaine de l'invention.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to methods and devices for making metal tubes by welding.
It relates in particular to the general method of manufacturing metal tubes consisting in continuously advancing an initially flat metal strip, while giving it the shape of a tube comprising a slot along a generatrix, a then subjecting this tube to heating and to a pressure exerted by rollers so as to close the slot and to weld the two edges of the latter to one another.
It has heretofore been in common use in the application of this general process to the manufacture of steel tubing to weld the edges of the slot by electric resistance heating; an intense electric current was applied by using contacts formed by copper rollers, which strongly pressed the metal of the tube on each side of the window, so that the current passes from one of these rollers to the other roller directly through the slot at the weld point and also circumferentially around it and through the metal of the tube.
An alternating current with a frequency of about 60 to 180 cycles was generally used, or sometimes reaching 300 cycles in the case where the tube was advancing rapidly and it was desired to avoid appreciable effects of the pulses of the current on the resulting structure. the welding.
Since it is essential in such a process to pass a very intense current through the metal of the tube in order to quickly heat the entire mass of the tube, it is also necessary to apply contact rollers with the tube. strong pressure against the tube to ensure good electrical contact; the steel tube is able in most cases to withstand such pressure; on the other hand, if the tube is made of a softer non-ferrous metal, for example aluminum, or has thin walls, it is not possible to easily apply sufficient pressure by the rollers to ensure the necessary good contact with the tube without risking distort it.
Accordingly, efforts have been made to weld thin-walled tubes or tubes made of such relatively soft metals to use induction heating, for example by surrounding the moving tube with an induction heating coil, has a space immediately preceding the weld point. However, it is difficult to induce by this method in the tube a current sufficient to heat it rapidly, in particular 'if the tube is of a non-magnetic metal, because the part constituting the tube is a cylinder open along a line. generator, and also because there must be an appreciable radial distance between the heating coil and the tube so as to achieve sufficient mechanical clearance allowing the tube to be moved at high speed.
This process of inductively heating the tube by surrounding it with a coil, although giving good results under various conditions, is however inefficient in that a fairly large heating occurs in the walls of the tube, y including the parts opposite the slit.
The present invention avoids the difficulties presented by the two methods described above; for this purpose it provides for electric resistance heating the edges of the tube immediately before welding them, using a high frequency current applied in such a way that most of the current passing through the metal of the tube follows a path V-shaped formed by the two opposite edges of the tube when they are going to be pressed against each other at the place of the weld.
This is achieved by passing the intense high frequency current to two contacts, which respectively engage the opposite sides of the tube just before the point where the edges of the slot are brought against each other. These contacts respectively slide into place. thereon are the opposing marginal surfaces of the slot, although it is preferred in some cases to use sliding or rolling contacts which engage either the outer or inner surfaces of the tube near the opposite edges of the slot.
Sliding contacts
<Desc / Clms Page number 2>
respectively engaging the opposing marginal surfaces, within the slot, may be preferable in some cases, because these surfaces have been precisely cut during the previous operations of the tube forming process and therefore usually have smooth faces and shiny which allow good electrical contact to be made; these contacts also serve to distribute the pressure, with rollers acting against them on opposite sides of the tube to bring the edges of the slot together and place them in a correct position with respect to each other. another in order to achieve a uniform weld.
With intense high frequency current and relatively low voltage applied in this manner, most of the current flowing through the metal of the tube necessarily follows, for reasons which will be explained later, a path from one of the contacts. sliding, coinciding with one of the edges of the slot up to the weld point and then following in the opposite direction the opposite edge of the slot until the other contact; a very small part of the current flows along the circumference of the tube. The reason for this phenomenon is that the high frequency current has a strong tendency to follow the path of least impedance offered to it, and since the high frequency impedance is mainly an inductive reactance, one can consider the paths offered to the current in mainly based on inductance.
Since the edges of the slot which are to be welded are very close to each other, the high frequency current following these edges encounters a much lower impedance than the currents tending to flow circumferentially around the tube.
Since, for the foregoing reasons, almost all of the high frequency current passes along the near marginal surfaces of the V-shaped slot, it appears that the temperature of these surfaces continues to rise after the passage of the contacts, and that this temperature reaches a maximum exactly when the edges merge together at the place of the weld. It follows-therefore that the edges of the slot can approach the contacts and cross them before having been brought to a very high temperature; the difficulties caused by the high temperatures at the location of the contacts are therefore avoided.
However, since high frequency current continues to flow along the edges of the V-slot, until such time as these edges merge together at the place of the weld, these can be heated to the point of softening. enough to be welded without the risk of being damaged or deformed by coming into contact in this state with any part of the device; At no time is it necessary to bring the edges to the desired solder temperature, except just when they are about to merge together and only in the reduced area concerned. In this way, the heating current can be used with exceptionally high efficiency, because no part of the tube, except the solder point, needs to be brought to a high temperature.
Even at this point, the heating to the highest temperature is limited in time substantially to the duration of the weld. If, on the contrary, the old methods mentioned above are used, with direct current or with alternating current at low frequency, the current, following the path of least impedance, largely follows lines lying in a plane or perpendicular planes. at the axis of the tube at the point of the contacts, any small part of the current tending to follow another path is distributed through the mass of the metal of the tube and therefore does not act effectively for heating at high temperatures .
Under these conditions, the heating provides the maximum temperature at the point of the contacts or near the contacts, instead of establishing it later and closer to the weld point.
In some cases, particularly if the diameter of the tube is relatively small, however, at least a considerable portion of the current tends to flow circumferentially around the tube instead.
<Desc / Clms Page number 3>
to follow the edges of the V-shaped slot, and the weld point may tend to change its position along the direction of travel of the tube; this then results in a loss of efficiency and irregularities in the weld. It has been found that these difficulties can be overcome in two ways, thanks to features which actually complement each other and make possible a surprising increase in the speed at which the tube can be advanced, while at the same time. however achieving a weld of great uniformity.
The first of these two characteristics is to use a hairpin-shaped canductor, which is arranged along the V-slot and through which the high-frequency current is directed in close proximity to the opposite edges of the tube. slit; This significantly decreases the impedance of the high frequency current path along the edges of the slot to and from the weld point. This hairpin conductor appears to contribute to some extent in keeping the path of lower inductance in a stabilized position, so that the solder point cannot move.
The second and most important characteristic arises from the discovery that the impedance of the current flow from one of the contacts, circumferentially around the tube and to the other contact, can be. considerably increased as it ascends inside the tube, or sometimes around and immediately outside the tube, or again in both places at the same time, a magnetic core or the like;
As a result of the increase in impedance thus obtained on this path, the high frequency current is still concentrated more where it is desired, that is to say along the edges of the path. V-slot. Because of this second characteristic, and through the use of a high frequency current of a given intensity, the speed of the tube can be increased from 90 to 100 or even more, using a given power , while still achieving a regular and uniform weld.
Other more specific aims, characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows and which refers to the appended drawing showing, by way of examples, certain preferred embodiments of the invention.
On the drawing :
Figure 1 is a perspective of the essential component parts of a first embodiment of the invention and shows the position of a certain length of tube being advanced during welding;
Figures 2 and 5 inclusive show in perspective other embodiments of the contact arrangement.
Turning now to Figure 1 in detail, there is seen at 10 a tube advancing continuously from a suitable device, which has given a flat metal strip the shape of a tube having a slot 11, of which the opposite edges are brought into contact with each other and welded at point 12. The equipment used to first form such a tube, with two marginal and opposite surfaces, ground and shiny in slot 11, does not not part of the present invention; it has therefore not been shown in the drawing. This equipment may be one of the types heretofore commonly used to form such tubes.
The edges of the slot 11 are brought into contact with each other at point 12, during the advance of the tube, by the action of the opposing pressure rollers 13 and 14, which can be constructed and operated from the same way as in the various well-known tube welding machines.
Two contacts 15 and 16, separated by an insulating layer 17 capable of withstanding high temperatures, are mounted on any suitable support structure so as to be able to engage each other.
<Desc / Clms Page number 4>
The opposing marginal surfaces 18, 19 of the slot 11 are slidably formed. The contacts may be formed by suitable metal alloys capable of withstanding high temperatures without corroding and effectively resisting abrasion.
The contacts 15, 16 can be connected respectively in a removable manner, for example by means of the screws 20, to conductive bars 21, 22, made of copper or another metal which is a good conductor of electricity. Busbars are connected to a high frequency current source, for example across a radio frequency transformer capable of transforming the current supplied by a high voltage, high frequency source into a high current at low voltage and at high frequency, preferably between approximately 300,000 and 500,000 cycles per second.
A much higher frequency, up to several million cycles per second, can be used, if desired, but a frequency of about 400, or cycles per second is more than sufficient in common cases. Radio frequencies down to 10,000 cycles per second - or even up to about 9,000 cycles - can also be used in some cases, if preferred, but these low frequencies are generally not desirable.
The intensity of the current which is passed through the circuit of the contacts 15, 16 can vary between considerably different limits, according to the dimensions and the thickness of the tube, and according to the speed of its longitudinal displacement; the required rate of heat application naturally increases in proportion to the increase in tube speed, and the required amount of heat is substantially greater the thicker the walls of the tube are. It is necessary to apply sufficient current so that the edges of the metal in slot 11 melt and weld exactly as they come into contact with each other at point 12, while the metal away from these marginal surfaces remains solid. .
In general - Large diameter tubes do not require a significantly higher heating current than small diameter tubes having the same wall thickness. This and the fact that the application of a high frequency current does not require a large contact pressure constitute important advantages of the invention, which can therefore be applied to tubes of a wide variety of sizes. dimensions, shapes, strengths and metals. One can apply to the sides of the tube, if desired, additional rollers, such as 25 and 26, in a position where they strongly press the edges 18, 19 of the slot respectively in contact with the members 15 and 16. These rollers must preferably be of an insulating material, or have insulated support surfaces or shafts.
In the particular embodiment shown in Figure 1, the conductor bar 20 is shown with a discontinuity gap 27, above which the portion 22a of the conductor bar extends until its connection to the arrival of the current. . The purpose of this gap is to connect in series with the circuit a conductive part 30 in the form of a hairpin extending downward from the portion 22a of the conductive bar to a point near one. edges of the slot 11, then along this edge to a point located above point 12. In the latter point, this conducting part jJ is folded back so as to come back on itself following the other edge of the slot 11, just above it and it then comes into contact with the part 22 of the conductive bar.
The role of the conductive part 30 provided in the position shown is to help concentrate the current along the edges of the slot 11, due to what is sometimes referred to as the "proximity effect" in the art of heating. by induction. In other words, the 3u loop
<Desc / Clms Page number 5>
serves to provide the current, through the weld point, a path having a significantly lower inductance than that achievable otherwise, due! the proximity of the current flowing through this loop.
It is obvious that, in the particular embodiment shown in FIG. 1, the current coming from the source passes through the part.
22a of the conductor bar, then the conductor 30 in the form of a hairpin, the conductor bar portion 22, the contact 16, one of the edges of the slot, the region of the point 12, the other edge of the slot 11, the contact 15 and finally the conductive bar 21 which ensures its return to the source The use of a conductive member such as 30 may be desirable in the case where the radio frequency used is within the lowest ranges lower, for example in the neighborhood of 10,000 cycles or even less, since in this case a considerable part of the current would tend, in the absence of this organ 30, to flow circumferentially around the tube.
On the contrary, for high frequencies, for example close to 300 kilocycles or even above this value, the device 30 may not be necessary.
Due to the high current employed, it is generally necessary or desirable to provide cooling means for the busbars 21, 22, 22a. This means can be achieved by providing in these members cavities, as can be seen in the drawing, through which a cooling fluid is circulated. For example, fluid may be brought into member 22a through cavity 25, pass there through the hollow interior of member 30 to a cavity 36 provided in conductor bar 22, and then flow through. through an insulating material tube 37 and enter a cavity 38 of the conductive bar 22a. The conductive bar 21 may include a U-shaped cavity 39 for receiving the cooling liquid.
It is understood that one can provide a suitable isolated support and mounting means (not shown) to rigidly hold the conductive bars in the positions shown and to be able to adjust them if necessary relative to the weld point 12.
As can be seen in figure 2, it is not necessary that the contacts 15a and 16a intended to apply the high frequency current to the two opposite edges of the slot, be exactly opposite each other. on the contrary, shift them, one being in front of the other.
This arrangement may be particularly desirable, when it is possible to achieve a relatively short current path between the contacts and the weld point and therefore to provide a narrower slot in the tube where the edges of the slot should. be heated, thereby reducing the reactance of the path followed by the current,
In other cases, as can be seen in fig.
3, the lower ends 41, 42 of the contacts 15b, 16b can be given the desired shape so that they come into contact with the outer surface of the tube 16b along the lines adjacent to the edges of the slot. With this arrangement, it is possible to achieve an even narrower slot at the contact points and consequently reduce to a minimum the impedance of the current path between the contacts and the solder point. On the other hand, as seen in Figure 4, the contacts 15c 16c can be arranged so that they extend downward through the slot, and provided with the ends 43, 44 which engage the inner surface of the tube at points arranged along the slot and @ rès near it.
This embodiment is preferable when the interior surfaces of the tube are uniform and shiny and therefore capable of making good electrical contacts, or when it is desired to achieve more intense heating along the lower part of the edges of the slot.
The embodiment shown in fig 5 is the same as that of Figure 3, with the difference, however, that the contacts 15b 16b, are disposed, if desired, closer to the solder point 12b
<Desc / Clms Page number 6>
and that a member 62 is disposed in the slot of the tube, ahead of the contacts to prevent the edges of the slot from coming together prematurely or irregularly.
In the event that the contacts are not interposed between the edges of the slot ;, these may tend to approach each other too soon after leaving the contacts and with only a small angle between them, this angle is so small that the weld point may tend to move slightly forward and backward along the length of the tube, thereby giving an uneven weld. One can avoid this difficulty by interposing the spacer 62, immediately in front of the contacts. This member 62 consists for example of two rotating discs made of thin metal sheet, isolated from each other and from the shaft 63 which carries them.
A suitable support structure (not shown, comprising bearings and which can be adjusted in position is naturally provided for this shaft. Such a device can also be used in combination with the arrangements of each of the other figures.
Of course, one can use, as in Fig. 1, a suitable support structure and a fluid cooling device with all of the contact shapes shown in Figs. 2 aj inclusive, and that one can also , if desired, use with the contacts of Figures 2 to 5 hairpin-shaped conductors, such as that shown at 30 in Figure 1.
If we now look again at Fig. 1, we can now describe in more detail the magnetic core mentioned above. This magnetic core can be formed, for example, by a number of rods 50 of magnetic material, which are held, connected or supported in any suitable manner inside the moving tube, for example by means of an insulating piece. at right angle 51, which extends downwards through slot 11 and whose appropriate shape allows it to clamp or fix in place an insulating strip or a similar member such as 52 intended to grip the rods 50.
These rods can be constituted, for example, by an agglomerated magnetic oxide and an insulating material, preferably belonging to types already well known and having a low loss factor as well as a high volumetric resistivity; one of these types is, for example, the material sold under the name "Ferramic" by the "General Geramic and Steatite Corporation". however, this core can also be formed by any other material having a permeability greater than unity, and preferably considerably greater than unity while being such that it gives rise to only very low losses. by Eoucault current;
this material can be formed, for example, by sheets of iron, such as are often used to form the magnetic cores generally used in electrical appliances. As seen in the drawing, this magnetic core preferably extends from a position below the contacts and inside the tube to a region below or nearly below the brine point 12. This magnetic core substantially fills the interior space of the tube, with the exception of the region immediately below the slot 11 and the clearance necessary along the walls of the tube; it may be necessary, however, in some cases to provide only such a core having a rounded cross section and disposed all around the tube and near the interior surfaces thereof.
The inner magnetic core may be supplemented by rods or strips of a similar magnetic material, which are arranged around the outer surface of the tube and which are for example in the form of rods such as 60 held in place by an insulating support. 61 fixed in a suitable manner on these rods. However, the inner core will generally prove to be much more efficient than this outer device.
<Desc / Clms Page number 7>
It has been found possible, with an inner Ferramic core, to increase the inductance of the circumferential path from one contact 15 to the other 16 up to 8 to 10 times; if a material having a low resistivity is suitably chosen for the core, the power losses are not appreciably increased beyond those which would occur in the absence of such a core.
Consequently the current supplied by the electrodes and flowing along the edges of the V-slot towards the weld point or from this point is sufficiently increased so that one can, as has been observed for example in During a typical test, weld an aluminum tube with a diameter of 50.8 mm and a thickness of 2 mm at the rate of 13.5 meters per minute, using a current of a frequency of 400 kilocycles supplied by a 20 Kw generator; on the other hand, operating under the same conditions, but without using the core, the tube could only be advanced, welding it in a correct way, only at speeds of about 7.2 meters / minute .
In the test described above, the parts were arranged so that the distance between the weld point and the trailing edges of the contacts was about 56.8 mm. It has been found that this distance is preferably slightly less than this value when it comes to welding non-ferrous metal tubes. In a similar test of welding a steel tube, it was found that this distance was preferably close to 57.1 mm. In a characteristic test carried out with steel tube, using a current with a frequency of 375 kilocycles supplied by a 20 kw generator, it was found that this tube could be welded at a speed greater than 15 meters at the minute, the tube having a diameter of 50.8 mm and a wall thickness of 1.3 mm.
There were no protruding edges or other irregularities along the weld line. With more powerful high frequency generators it is of course possible to considerably increase the welding speeds mentioned above. One of the important advantages of the invention is that the high frequency generators used for high speed welding are much less expensive than the comparable low frequency generators heretofore used for tube welding. Another advantage of the invention is that the arrangement of the contacts makes it possible to assemble and adjust the machine in a few minutes for different tube sizes, instead of the many hours required by the old devices.
It should be noted that the magnetic core used in the combination described here fulfills a quite different role from that of the magnetic core sometimes used heretofore for the induction heating of tubes in the case where an induction heating coil is arranged around the tube. In this case, the addition of the core increases the total magnetic flux produced by the coil, and this flux in turn increases the total current circulating circumferentially in the tube as a result of the induction, unlike what happens. in the resistance heating method according to the present invention.
In the present case, the situation achieved with a magnetic core is actually opposite to that achieved with such induction heating methods, because the effect produced in them is mainly to increase the current flowing around the tube in areas opposite to the slot, while in the present invention the core decreases the current flowing around the tube and forces most of the current to follow the useful path from a contact to the weld point and there to the other contact.
In addition to the advantages stated above, for the benefit of the process of the present invention and resulting from the use of a high frequency current, the invention also provides various other important advantages arising from the following facts. The high frequency power required is a function of the thickness of the metal of the tube and is largely independent of the diameter of the tube. Thus, noticeably more power is required to weld large tubes than to weld.
<Desc / Clms Page number 8>
der tubes of small diameter; this is the consequence of the fact that the heating is strictly limited to the edges to be welded.
The opposite occurs in low frequency induction heating processes; in these processes, the larger the diameter of the tube, the greater the power required, because a considerable part of the heating effect is distributed in any case in regions remote from the edges of the slot. Significantly less power is required to apply the process according to the invention, compared to the low frequency processes, regardless of the diameter of the pipe to be welded, because the low frequency processes provide no means of concentrating the heating. maximum at the weld point, while in the process according to the invention, this point is the only one which is actually brought to the welding temperature.
The method according to the invention also has the advantage of requiring only a single pair of contacts, while nevertheless achieving a perfectly effective heating effect all along the edges of the V-slot, from the contacts to the welding point where the temperature is maximum. On the contrary, with low frequency processes, if strong currents are applied through the slot, either large high conductivity rollers applying high pressure or a number of pairs of these rollers, each of which cannot be used, must be used. that produce a momentary heating, even risking the tube to cool after the passage of each pair of rollers and without having any possibility of achieving a sustained and increased heating of the edges of the slot after they have left the contacts.
The greatest advantages of the process according to the invention are obtained with the relatively thin-walled tubes, both ferrous and non-ferrous metal, which cannot withstand the considerable contact pressures required by the strong heating current. required by older resistance heating processes, especially if the tube has to advance at high speed for economical production.
When the device has been mounted for making tubes of given dimensions, with the contacts of the edges of the slot arranged at a given distance from the weld point, a suitable frequency can be determined by calculation, so that the current follows the desired path according to the invention, a suitable frequency can also be easily determined by means of short trials. A frequency of the order of 1U.OR cycles / second makes it possible to pass the current along the edges of the V-slot, in accordance with the invention, but a much higher frequency is however generally preferable to avoid certain difficulties of contact.
The frequencies close to 100,000 cycles, although being able to be suitable for the application of the invention currently cause practical difficulties because this frequency band is located between the higher band of the generators driven by motors and the lower band of the generators. vacuum tube radio frequency generators.
Accordingly, as indicated above, it is frequencies on the order of several hundred thousand cycles or higher frequencies which are presently preferable in practice. These frequencies can be obtained easily and economically with aided tube generators; however, as far as the principles of the invention are concerned, the particular frequency to be chosen is not of critical importance, provided that it is high enough to achieve along the edges of the V-slot, and not around the tube, a circuit followed by the greater part of the current of the chosen frequency.
United States patent application Ser. No. 332.422 of January 11, 1953 describes the same device as that shown here in Figures 1 to 4, with the difference, however, that the device of this earlier application does not include the magnetic core arranged in the tube, nor the one arranged around the tube.
<Desc / Clms Page number 9>
Although certain particular embodiments of the invention have been described here by way of example, it is obvious that certain variations will appear to technicians after studying the present descriptions, these variations however belonging to the field of the invention.