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"Procédé de fabrication de tuyau en feuillard enroulé en hélice et tuyaux ainsi fabriqués"
On sait que les tuyaux métalliques sont généralement fabriqués en utilisant une feuille de tôle d'acier rectangu- laire de dimension définie, roulée dans sa longueur en forme cylindrique et dont les bords ainsi rapprochés sont soudés sui- vant une génératrice du cylindre formé.
On obtient ainsi des tuyaux de diamètre défini, mais dont la longueur, relativement courte est limitée par la longueur des tôles employées, d'une part, mais surtout par la longueur utile des machines servant à cisailler et à rouler lesdites tôles. Il faut donc, par la suite, assembler ces tuyaux entre eux en les soudant bout à bout, pour obtenir les longueurs utiles désirées.
Un tel procédé de fabrication est peu rapide et coû- teux, et il exige beaucoup de main d'oeuvre.
C'est pourquoi on a déjà proposé de fabriquer des tuyaux métalliques en enroulant en hélice un feuillard et en
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soudant bord à bord les spires successives formées par le feuil- lard. Ce procédé permet une fabrication continue de longueurs quelconques de tuyau, mais la soudure bord à bord des spires présente des difficultés gênantes et la fabrication ne donne pas toujours entière satisfaction.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé de fabrication de tuyaux en feuillard enroulé en hélice, ce pro- cédé étant conçu pour que la solidarisation des bords se trouve facilitée et surtout pour que cette jonction assure en même temps le renforcement des tuyaux formés.
En effet le procédé selon l'invention est essentiel- lement caractérisé en ce qu'on effectue la solidarisation des bords jointifs des spires en recouvrant la face externe ou in- terne desdits bords par une surépaisseur de métal puis en soli- darisant celle-ci avec les bords par soudure, cette surépaisseur de métal étant suffisamment large et épaisse pour constituer simultanément une nervure hélicoïdale formant une frette de ren- forcement autour du tuyau. Ainsi, en effectuant la solidarisa- tion des bords des spires du feuillard, on .réalise en même temps le renforcement du tuyau puisque les moyens de jonction, c'est-à- dire la surépaisseur métallique de recouvrement des bords, cons- tituent en même temps une frette hélicoïdale.
Pour obtenir un effet de frette efficace, on emploie en général un feuillard de largeur au maximum égale au diamètre des tuyaux ou tubes à réaliser de façon que la frette hélicoïdale formée par la surépaisseur de jonction des bords des spires ait elle-même un pas égal au maximum du'diamètre du tuyau correspon- dant. Cette norme concernant le pas de l'hélice adopté pour la fabrication d'un tuyau de diamètre déterminé n'est cependant pas limitative dans le procédé décrit selon l'invention.
La surépaisseur métallique du recouvrement et de jonc- tion des bords des spires du feuillard peut être soit une bande métallique rapportée enroulée en hélice sur la face externe ou interne desdits bords et soudée sur ceux-ci, soit un de ces bords mêmes coudés deux fois à angle droit pour recouvrir l'autre
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en formant une bande plate en surépaisseur soudée sur celui-ci, soit même un cordon renforcé de soudure suffisamment épais et large pour recouvrir les deux bords et jouer à la fois son rôle de moyen de jonction et celui de frette hélicoïdale.
La présente invention a également pour objet les tu- yaux fabriqués suivant ce procédé avec un feuillard enroulé en hélice, et caractérisés en ce que les bords adjacents des spires du feuillard sont solidarisés par une surépaisseur métallique soudée recouvrant leur face externe ou interne et constituant en même temps une nervure hélicoïdale formant une frette de renfor- cement autour du tuyau.
Du reste d'autres particularités des tuyaux et de leur procédé de fabrication selon l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de quelques exemples de réalisation possibles, cette description étant donnée en référence au dessin annexé ci-joint à simple titre indicatif, dessin sur lequel : La fig. 1 est une vue en perspective d'un tuyau fabriqué selon le procédé objet de l'invention ; Les figs. 2 à 5 sont des vues partielles en coupe de quatre for- mes différentes de réalisation de tuyaux selon l'in- vention ; La fig. 6 est une vue partielle en coupe d'une autre forme de réalisation possible du tuyau ; La fig. 7 est une vue partielle en perspective d'une fraction du feuillard utilisé pour cette dernière forme de réali- sation.
Le tuyau représenté sur la fig. 1 est constitué par un feuillard métallique laminé ± enroulé en hélice de façon que les bords hl et h2 des spires formées soient jointifs. Confor- mément à l'invention, la solidarisation de ces bords jointifs est assurée par une bande métallique i qui recouvre leur face externe et est fixée par soudure, par exemple par soudure à l'arc avec deux cordons de soudure jl et j2.
Pour la fabrication de ce tuyau on assure l'enroule- ment en hélice de la bande métallique i au fur et à mesure de
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la formation du tuyau par enroulement du feuillard g lui-même, et on effectue la soudure de la bande i également au fur et à mesure de l'enroulement de l'ensemble. Ainsi la fabrication est continue.
Dans le tuyau obtenu la bande rapportée i assure non seulement la solidarisation des bords jl et j2, mais également le renforcement du tuyau puisqu'elle constitue une surépaisseur métallique de forme hélicoïdale entourant le tuyau sur toute sa longueur.
Dans certains cas, pour que la frette ainsi constituée soit particulièrement efficace, on peut donner de préférence à cette bande hélicoïdale, un pas d'enroulement au maximum égal au diamètre du tuyau. A cet effet, il suffit d'employer pour la fabrication du tuyau un feuillard de largeur au maximum égale au diamètre du tuyau à fabriquer puisque le pas d'enroulement est naturellement égal à la largeur du feuillard enroulé.
La fig. 3 représente une autre forme de réalisation d'un tuyau selon l'invention où la solidarisation et le frettage des spires du feuillaid sont assurés par une bande métallique k rapportée sur la face intérieure des bords jointifs des spires.
Pour que cette bande ne fasse aucune saillie à l'intérieur du tuyau, les bords 11 et 13 des spires du feuillard m sont conve- nablement coudés et forment une gorge hélicoïdale interne dans laquelle la bande k se trouve logée. La solidarisation de l'en- semble est assurée par un cordon de soudure n.
La fig. 4 représente une variante de cette forme de réalisation où le tuyau est constitué par un feuillard laminé o enroulé en hélice et dont les bords p1 et p2 sont très légèrement relevés vers l'extérieur, de façon à former une rainure héli- coïdale r sur la face intérieure du tuyau. Une bande métallique s est enroulée en hélice et logée dans cette rainure, cette bande ayant une section de forme sensiblement identique à celle de la rainure.
Sur leur face extérieure, les deux bords relevés join- tifs pl et p2 forment une autre rainure entre les branches de
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leurs extrémités, cette rainure présentant une section en forme de V. Les bords jointifs p1 et p2 sont solidarisés entre eux par un cordon de soudure t qui vient remplir cette rainure externe et souder la face externe de la bande s aux bords p1 et p2. Il convient de noter que la bande empêche la soudure de passer entre les bords p1 et p2 et de couler à l'intérieur du tuyau. On peut encore remarquer que le cordon de soudure t est réalisé de façon à englober les extrémités des bords p1 et 2 et à former une ner- vure hélicoïdale ayant l'apparence extérieure d'un cordon de sec- tion semi-circulaire.
A l'intérieur du tuyau, la bande ne fait pratiquement pas saillie car elle est logée dans la rainure r, de sorte que l'écoulement des fluides à l'intérieur du tuyau ne se trouve pas entravé.
Dans ces différentes formes de réalisation, la bande métallique rapportée i,k ou t, qui assure non seulement la soli- darisation des spires du feuillard mais encore le renforcement du tuyau, peut être d'épaisseur et de largeur déterminées pour que la frette constituée présente une résistance répondant aux conditions des utilisations envisagées.
Eventuellement l'apport de métal sur les bords join- tifs des spires du feuillard enroulé en hélice peut se faire non plus sous la forme d'une bande métallique rapportée, mais sous celle d'un cordon de soudure renforcé u suffisamment épais et large pour assurer non seulement la solidarisation des bords jointifs plans vl et v2 du feuillard w, mais encore le renfor- cement du tuyau formé en constituant une nervure hélicoidale en surépaisseur (voir fig. 5). Dans cette réalisation le cordon de soudure n'est pas un simple cordon de soudure pour une solida- risation bord à bord des spires, mais un apport de métal suffi- sant pour constituer effectivement une nervure hélicoïdale for- mant une frette de renforcement.
Dans une autre forme de réalisation encore, qui est représentée aux figs. 6 et 7, la surépaisseur métallique utilisée pour la solidarisation des spires du feuillard et le renforcement du tuyau est une bande métallique constituée par l'un des bords
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@ mêmes du feuillard convenablement préparé à cet effet.
L'on des bords b2 de ce feuillard a ne subit aucune déformation, tandis que l'autre bord bl est coudé deux fois à angle droit, et l'en- roulement du feuillard est réalisé de façon que ce bord bl vienne recouvrir le bord b2 de la spire voisine en formant au-dessus de lui une bande métallique plate en surépaisseur. Cette bande est soudée sur le bord b2 soit par soudure à l'arc avec un cordon de soudure à son extrémité, soit par soudure électrique par ré- sistance, à la molette par exemple si le feuillard est suffisam- ment mince.
En pratique la soudure est effectuée par résistance électrique lorsque le feuillard est peu épais, par exemple d'é- paisseur inférieure à 3 mm. Cette soudure par résistance élec- trique est réalisée au fur et à mesure de l'enroulement du feuil- lard au moyen de deux molettes métalliques de soudure électrique entre lesquelles passent les bords bl et b2 peu après leur su- perposition. Cependant si le tuyau doit être en feuillard d'é- paisseur supérieure à 3 mm, on ne peut plus procéder à la soudure électrique par résistance et on doit effectuer une soudure à l'arc avec un cordon de soudure hélicoïdal.
Du reste si le feuillard est très épais, on abandonne la forme de réalisation représentée aux figs. 6 et 7 qui implique la formation de deux coudes à angle droit sur le bord bl, pour adopter la forme de réalisation de la fig. 3 ou celle de la fig. 4 où les coudes formés sur les bords ont un grand rayon ou celle de la fig. 5. On peut même adopter la forme de réalisation de la fig. 2 pour les feuillards d'épaisseur encore plus importante.
Dans tous les cas, la soudure est alors réalisée par soudure à l'arc avec un ou deux cordons de soudure, ou double cordon.
Dans tous ces tuyaux la surépaisseur métallique réa- lisée d'une façon ou d'une autre constitue une bande plate ou une nervure en forme de cordon peu épais et n'offrant pas d'as- pérités, contrairement à ce qui se présenterait si on relevait purement et simplement les bords pour les souder l'un à l'autre.
Ainsi cette bande ou nervure ne peut pas constituer un relief
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gênant à l'extérieur ou une aspérité entravant l'écoulement de fluides à l'intérieur des tuyaux.
De plus cette bande plate ou ce cordon constitue une frette particulièrement efficace. En effet des essais comparatifs ont prouvé qu'un tuyau de 90 mm de diamètre fabriqué selon l'in- vention à partir d'an feuillard en tôle d'acier de 125/100e d'é- paisseur peut supporter une pression intérieure de 173 kg/cm2 au maximum alors qu'un tuyau ordinaire du même diamètre en tôle d'acier d'épaisseur analogue (130/100e), enroulée sur elle-même et soudée suivant une génératrice du tuyau, ne peut supporter au maximum qu'une pression intérieure de 87 kg/cm. Ce résultat est particulièrement avantageux, car il permet de réaliser soit des tuyaux plus résistants avec des tôles de même épaisseur que celle des tuyaux normaux, soit des tuyaux de même résistance avec des tôles plus minces,
donc moins coûteuses et moins lourdes.
REVENDICATIONS 1)- Procédé de fabrication de tuyaux en feuillard métallique enroulé en hélice, procédé caractérisé en ce qu'on effectue la solidarisation des bords jointifs des spires en recou- vrant la face externe ou interne desdits bords par une suré- paisseur de métal puis en solidarisant celle-ci avec les bords par soudure, cette surépaisseur de métal étant suffi- samment large et épaisse pour constituer simultanément une nervure hélicoïdale formant une frette de renforcement autour du tuyau.
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"Method of manufacturing helically wound strip pipe and pipes so produced"
It is known that metal pipes are generally made by using a rectangular sheet of steel sheet of defined dimension, rolled along its length into a cylindrical shape and the edges of which thus brought together are welded along a generatrix of the formed cylinder.
In this way, pipes of defined diameter are obtained, but the relatively short length of which is limited by the length of the sheets used, on the one hand, but above all by the useful length of the machines used to shear and roll said sheets. It is therefore necessary, subsequently, to assemble these pipes together by welding them end to end, in order to obtain the desired useful lengths.
Such a manufacturing process is not very fast and expensive, and it requires a lot of labor.
This is why it has already been proposed to manufacture metal pipes by winding a strip into a helix and
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welding edge to edge the successive turns formed by the strip. This process allows continuous manufacture of any lengths of pipe, but the edge-to-edge welding of the turns presents troublesome difficulties and the manufacture is not always entirely satisfactory.
The subject of the present invention is a new process for manufacturing helically wound strip pipes, this method being designed so that the joining of the edges is facilitated and above all so that this junction simultaneously ensures the reinforcement of the pipes formed.
In fact, the method according to the invention is essentially characterized in that the joining of the contiguous edges of the turns is effected by covering the external or internal face of said edges with an extra thickness of metal and then by joining the latter. with the edges by welding, this extra thickness of metal being sufficiently wide and thick to simultaneously constitute a helical rib forming a reinforcing band around the pipe. Thus, by securing the edges of the turns of the strip, at the same time the reinforcement of the pipe is achieved since the junction means, that is to say the metal excess thickness for covering the edges, constitute in at the same time a helical fret.
To obtain an effective hoop effect, a strip of width at most equal to the diameter of the pipes or tubes to be produced is generally used so that the helical hoop formed by the extra thickness at the junction of the edges of the turns itself has an equal pitch. maximum of the corresponding pipe diameter. This standard relating to the pitch of the propeller adopted for the manufacture of a pipe of determined diameter is not, however, limiting in the method described according to the invention.
The metal extra thickness of the overlap and junction of the edges of the turns of the strip can be either an added metal strip wound in a helix on the external or internal face of said edges and welded to them, or one of these edges even bent twice. at a right angle to cover the other
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by forming a flat strip welded onto it, or even a reinforced weld bead thick and wide enough to cover the two edges and play both its role of junction means and that of helical hoop.
A subject of the present invention is also the pipes manufactured according to this process with a strip wound in a helix, and characterized in that the adjacent edges of the turns of the strip are joined together by a welded metal allowance covering their external or internal face and constituting in at the same time a helical rib forming a reinforcing band around the pipe.
Moreover, other particularities of the pipes and of their manufacturing process according to the invention will become apparent from the following description of a few possible embodiments, this description being given with reference to the appended drawing which is attached for indicative purposes only. on which: Fig. 1 is a perspective view of a pipe manufactured according to the method which is the subject of the invention; Figs. 2 to 5 are partial sectional views of four different embodiments of pipes according to the invention; Fig. 6 is a partial sectional view of another possible embodiment of the pipe; Fig. 7 is a partial perspective view of a fraction of the strip used for this latter embodiment.
The pipe shown in fig. 1 consists of a rolled metal strip ± wound in a helix so that the edges h1 and h2 of the turns formed are contiguous. In accordance with the invention, the joining of these contiguous edges is ensured by a metal strip i which covers their external face and is fixed by welding, for example by arc welding with two weld beads jl and j2.
For the manufacture of this pipe, the metal strip i is wound up in a helix as it is
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the formation of the pipe by winding the strip g itself, and the welding of the strip i is also carried out as the assembly is wound up. So the production is continuous.
In the pipe obtained, the added strip i not only secures the edges jl and j2, but also the reinforcement of the pipe since it constitutes a metallic extra thickness of helical shape surrounding the pipe over its entire length.
In certain cases, in order for the hoop thus formed to be particularly effective, this helical strip can preferably be given a winding pitch at most equal to the diameter of the pipe. For this purpose, it suffices to use for the manufacture of the pipe a strip of width at most equal to the diameter of the pipe to be manufactured since the winding pitch is naturally equal to the width of the wound strip.
Fig. 3 shows another embodiment of a pipe according to the invention where the joining and the hooping of the turns of the feuillaid are provided by a metal strip k attached to the inner face of the contiguous edges of the turns.
So that this strip does not protrude inside the pipe, the edges 11 and 13 of the turns of the strip m are suitably bent and form an internal helical groove in which the strip k is housed. The assembly is secured by a weld bead n.
Fig. 4 shows a variant of this embodiment where the pipe consists of a rolled strip o wound in a helix and whose edges p1 and p2 are very slightly raised towards the outside, so as to form a helical groove r on the inner face of the pipe. A metal strip is wound up in a helix and housed in this groove, this strip having a section of shape substantially identical to that of the groove.
On their outer face, the two joined raised edges pl and p2 form another groove between the branches of
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their ends, this groove having a V-shaped section. The adjoining edges p1 and p2 are joined together by a weld bead t which fills this outer groove and welds the outer face of the strip s to the edges p1 and p2. It should be noted that the tape prevents the solder from passing between the edges p1 and p2 and from flowing inside the pipe. It can also be noted that the weld bead t is made so as to include the ends of the edges p1 and 2 and to form a helical rib having the external appearance of a bead of semi-circular section.
Inside the pipe, the strip hardly protrudes because it is housed in the groove r, so that the flow of fluids inside the pipe is not impeded.
In these various embodiments, the added metal strip i, k or t, which not only secures the turns of the strip but also the reinforcement of the pipe, can be of thickness and width determined so that the band formed has a resistance that meets the conditions of the envisaged uses.
Possibly the addition of metal on the joined edges of the turns of the helically wound strip can no longer be in the form of an attached metal strip, but in that of a reinforced weld bead u sufficiently thick and wide to ensure not only the joining of the flat contiguous edges v1 and v2 of the strip w, but also the reinforcement of the pipe formed by constituting a helical rib with extra thickness (see fig. 5). In this embodiment, the weld bead is not a simple weld bead for edge-to-edge securing of the turns, but a sufficient addition of metal to effectively constitute a helical rib forming a reinforcing hoop.
In yet another embodiment, which is shown in figs. 6 and 7, the metal allowance used for securing the turns of the strip and the reinforcement of the pipe is a metal strip formed by one of the edges
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@ even strip suitably prepared for this purpose.
One of the edges b2 of this strip a does not undergo any deformation, while the other edge b1 is bent twice at right angles, and the winding of the strip is carried out so that this edge bl comes to cover the edge b2 of the neighboring turn by forming a flat metal strip above it with increased thickness. This strip is welded to the edge b2 either by arc welding with a weld bead at its end, or by electric resistance welding, using a knurling wheel, for example if the strip is sufficiently thin.
In practice, the welding is carried out by electrical resistance when the strip is thin, for example less than 3 mm thick. This electric resistance welding is carried out as the strip is being wound up by means of two metal electric welding wheels between which the edges b1 and b2 pass shortly after their superposition. However, if the pipe is to be made of strip greater than 3 mm thick, electrical resistance welding can no longer be carried out and an arc welded must be carried out with a helical weld bead.
Moreover if the strip is very thick, we abandon the embodiment shown in Figs. 6 and 7 which involves the formation of two elbows at right angles to the edge b1, to adopt the embodiment of FIG. 3 or that of FIG. 4 where the elbows formed on the edges have a large radius or that of fig. 5. One can even adopt the embodiment of FIG. 2 for strips of even greater thickness.
In all cases, the welding is then carried out by arc welding with one or two weld beads, or double bead.
In all these pipes, the metal allowance produced in one way or another constitutes a flat strip or a rib in the form of a thin bead and not offering any bumps, contrary to what would occur if the edges were simply raised to weld them together.
Thus this band or rib cannot constitute a relief.
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obstructing the exterior or a roughness hindering the flow of fluids inside the pipes.
In addition, this flat band or this cord constitutes a particularly effective hoop. In fact, comparative tests have proved that a pipe of 90 mm in diameter manufactured according to the invention from a strip of sheet steel 125 / 100th in thickness can withstand an internal pressure of 173. kg / cm2 maximum whereas an ordinary pipe of the same diameter made of sheet steel of similar thickness (130 / 100th), wound on itself and welded along a generator line of the pipe, can only support one internal pressure of 87 kg / cm. This result is particularly advantageous, because it makes it possible to produce either more resistant pipes with sheets of the same thickness as that of normal pipes, or pipes of the same resistance with thinner sheets,
therefore less expensive and less heavy.
CLAIMS 1) - A method of manufacturing pipes made of metal strip wound in a helix, method characterized in that the joining of the contiguous edges of the turns is carried out by covering the external or internal face of said edges with a metal allowance then by securing the latter to the edges by welding, this extra thickness of metal being sufficiently wide and thick to simultaneously constitute a helical rib forming a reinforcing band around the pipe.