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La présente invention a trait à la fabrication des tubes métalliques et plus particulièrement à un procédé du genre dans lequel une bande de métal en bande est déplacée longitu- dinalement et, pendant ce mouvement,, est façonnée transver- salement de façon à recevoir en section transversale une forme creuse ou tubulaire pourvue de parties qui sont dis- .posées à recouvrement et dont des faces adjacentes sont unies entre elles par un métal d'union.
Des tonnages importants de tubes ont été fabriqués par un procédé de ce genre'selon lequel la bande formant le tube est revêtre d'un métal d'union. Après que la bande a reçu sa
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forme creuse en section, elle est soumise a un traitement ' thermique qui provoque la fusion du métal d'union et, après que le métal s'est solidifié, lesdites faces adjacentes sont soudées l'une à l'autre.
L'objet principal de la présente invention réside dans un procédé de fabrication de tubes métalliques selon lequel il est fait usage d'une bande à tube métallique non revêtue de métal d'union et façonnée comme telle sous forme d'une pièce de forme creuse ou tabulaire en section transversale, pourvue de portions de recouvrement tournées l'une vers l'au- tre et selon lequel le métal d'union est fourni au tube sous forme d'une masse, ou corps, qui est physiquement séparé de la bande à tube, au lieu qu'il soit fourni sous forme d'une couche revotant cette bande.
Conformément à la présente invention, le métal d'union est amené à l'intérieur du tube façonné. Des difficultés se présentent toutefois lorsque, après que le métal d'union a été amené à l'état fondu à l'intérieur du tube, on cherche à faire couler ce métal entre lesdites faces tournées l'une vers l'autre des portions de recouvrement de la bande. Les tubes façonnés à partir du métal en bande pendant que la bande se meut longitudinalement avaient jusqu'à ce jour été fabri- qués de telle manière que le joint soit situé au sommet du tube. Le métal d'union fondu que renferme un tube dont le joint est établi au sommet du tube se meut sous l'action de la pesanteur jusqu'à la base du tube et forme de petites flaques ou gouttelettes, au lieu de circuler et d'aller vers le haut pour pénétrer dans le joint.
Par ailleurs, pour fabriquer un tel tube à partir de la bunde, on a fait passer des tronçons de tube, une fois façonnés et avant que les fuces adjacentes à recouvrement aient été soudées ou autrement unies, à travers un four servant à effectuer le traitoment thermique d'union. Il ne serait d'au-
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cune utilité de placer le métal d'union à l'intérieur de tels tronçons de tube destinés à passer à travers un four parce que les tubes se tordraient et tourneraient au cours de leur passage à travers le four et qu'il ne serait pas possible d'assurer le maintien du joint au point le plus bas pour permettre au métal d'union d'y pénétrer, en supposant, bien entendu, que le tube possède une section transversale circulaire.
Conformément à la présente invention, le tube est façonné à partir de la bande se mouvant longitudinalement de telle manière que'le joint se trouve au point le plus bas de la section transversale, et le tube ainsi formé continue son mouvement longitudinal à travers une zone de chauffage pendant qu'il reste attaché intégralement à la portion de bande située en amont, de sorte que le joint est maintenu dans sa position la plus basse. Il s'ensuit que l'opération de façonnage et de chauffage est continue. Le métal d'union est introduit à l'intérieur du tube pendant que celui-ci est en cours de façonnage, ce métal étant fourni sous forme d'un fil ou bande métallique séparé ou sous forme de poudre ou de fines particules.
Au dessin annexé, qui illustre l'invention:
Fig. 1 est une vue générale représentant un laminoir ou train à tubes, une zone de chauffage et un refroidisseur.
Fig. 2 est une coupe transversale à plus grande échelle par la ligne 2-2 de figure 1 et représente le tube façonné à sa sortie du train, ainsi que la façon dont s'effectue la fourniture du métal d'union avant le traitement thermique,
Fig. 3 fait ressortir comment le façonnage de la bande est effectué par- quelques-uns des premiers galets façonneurs du train.
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Fig. 4 représente la bande au moment où le façonnage est presque terminé.
Fig. 5 est une coupe à plus grande échelle, par la ligne 5-5 de fig. l, illustrant les derniers galets du train, qui contractent et façonnent la bande, le mandrin ou arbre de support du train, ainsi que la façon dont le métal d'union est fourni.
Fig. 6 est une vue semblable à la figure 2 représentant le tube f ini.
A la figure 1 est représentée et désignée par 1 une bobine de bande à tube, dont la bande 2 est déroulée et entraînée à travers un laminoir à tubes pourvu d'une série de galets façonneurs, généralement désignés par 3. qui servent à façonner la bande pour lui donner une forme creuse ou tubulaire en section. Ces laminoirs ou trains à tubes sont bien connus et, par conséquent, il n'est pas nécessaire de décrire ici d'une façon détaillée les galets effectuant le façonnage. Le laminoir peut être du type représenté dans le brevet délivré aux Etats Unis d'Améri- .que au nom de E.P. Woeller, sous le N 2.292.810 en date du 11 Août 1942.
Le présent laminoir à tubes diffère toutefois des laminoirs antérieurement connus en ce que la bande est façonnée de telle manière que le joint soit situé au point le plus bas du tube.
Le type de tube préféré est celui construit avec une double paroi, comme représenté aux figures 2 et 6. La bande est cintrée ou façonnée sur environ 720 , de sorte que le tube fini 3 possède une couche ou pli extérieur 4 et une couche ou pli intérieur 5. Les bords de la bande sont inclinés ou biseautés, comme représenté aux figures 2 et 6, et leurs biseaux ou faces inclinées sont tournés l'un vers l'au tre et situés de part et d'autre d'une portion déportée de la zone intermédiaire 7 de la bande. Cette portion
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intermédiaire 7 et les faces biseautées des extrémités de la bande sont indiquées en,8 et 9, 'ces parties 7, @ et constituant le joint 10.
Le laminoir à tubes peut façonner la bande de la ma- nière indiquée aux figures 3 et 4. Un 'des bords de la bande est coudé angulairement, comme indiqué 'en 11, et l'autre bord est soumis en quelque sorte à une action de laminage au cours du façonnage auquel est soumise la bande pour recevoir la forme creuse en section. Le coude 11 a pour rôle de résister aux forces de compression qui inter- viennent lorsque le laminage de la bande s'effectue par un mouvement dirigé en quelque sorte de gauche à droite en regardant la figure 3, ce coude étant redressé au moment où le façonnage final est sur le point d'être terminé de telle sorte qu'il épouse la forme arquée des parois du tube et se trouve incorporé à la couche exté- rieure.
Le tube est façonné autour d'un mandrin 12 qui est maintenu ancré par un support 14., Sur la majeure partie de sa longueur, le mandrin possède.un diamètre qui est moindre que le diamètre intérieur du tube, de sorte qu'il ne joue aucun rôle dans le façonnage de la bande, mais à son extrémité il possède un plus grand diamètre, comme représenté à la figure 5. Les.derniers galets 15 et 16 enserrent étroitement le tube autour de la portion de plus grand diamètre du mandrin afin d'assurer le serrage des portions biseautées de la bande l'une contre l'antre.
Le mandrin est creux, c'est-à-dire qu'il présente un passage central 18, et le métal d'union a été représenté sur les dessins comme étant sous forme d'un fil métallique qui est déroulé d'une bobine 20. Ce fil 21 est entraîné à. travers le mandrin creux et est déposé à l'intérieur du tube, comme Indiqué à la Figure 5, où il tombe ou descend sous l'action do la pesunteur jusqu'à une position située
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à ou près de la portion la plus basse du tube et à proxi- mité du joint 10.
Le tube peut être fait à partir d'une bande d'acier, et le métal d'union peut être le cuivre. Toutefois, on peut faire usage d'autres métaux d'union, par exemple d'alliages de cuivre et de diverses soudures telles celle dite "dure", dont le point de fusion est relativement élevé. Le métal de la bande peut être autre que l'acier. On peut par exemple faire usage de 1.;étal Monel, auquel cas il convien- drait de faire usage d'un métal d'union qui assure conve- nablement l'union des faces mutuellement adjacentes en métal Monel. Le métal pourrait êtrelivré sous fome d'une bande n'ayant pas la section circulaire du fil métallique ordinaire, ou bien encore à l'état finement divisé, par exemple sous forme de poudre qui serait' refoulée le long du passage du mandrin.
L'ensemble du tube façonné animé d'un mouvement longitudinal et du métal d'union qu'il renferme est alors' directement introduit dans un four, ou zone de chauffage qui, de préférence, chauffe le tube par résistance électrique. La zone de chauffage a généralement été représentée et désignée par 25 et renferme, à titre d'électrodes, des rouleaux 26, 27 et 28, à chacun desquels est associé un rouleau de soutien 29,30 et 31, respec- tivement. 34 désigne un transformateur dans la bobine secondaire duquel est induit un courant électrique de faible tension et de grande intensité. Un côté du secon- daire est relié par un conducteur électrique 35 au rouleau formant l'électrode ertême 28, et par un conducteur 36 au conducteur que constitue le galet exrême 26.
L'autre côté du secondaire est relié par le conducteur 37 au rouleau ou électrode intermédiaire 27. En connectant ainsi
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Les électrodes, on réduit au minimum lies- difficultés. que présente le problème de 1.'''isolement des élémens dE; l'appare il.
Pendant le passage du tube à. travers., la zone de; chauffage){ il est chauffé. par, ],la résistance électrique jusqu'à un-point supérieur-au; pont de fusion du métal d'union, L'atosphère Régnant- à l'intérieur de la zone de- chauffage ou four est de préférence oxydante, ou non ré- ductirice. et un gaz approprié' peut être admis à cette zone par un tuyau 40. Le métal d'union fondu descend par son propre poids à la base du tube, où se forme le joint 10.
Par conséquent,., ce métal, fondu se crée un passage immédiat vers la face biseautée 8 du- joint. Les faces d'union du joint sont, ainsi qu'il a précédemment été expliqué, en relation de capillarité étroite et, en fait, sensiblement en contact. En'raison de l'action capillaire, le métal d'union pénètre ainsi rapidement entre lesdites faces, en 8, au point où ces faces intersectent la surface intérieure du tube, et se répand circonférentiellement entre les faces adjacentes des plis ou couches, puis entre les faces biseautées adjacentes situées en 9, les zones ou espaces interstitiels séparant ces diverses faces adjacentes constituant, en fait, un "espacement capillaire".
Cette action est très rapide, Par exemple, lorsque la bande est en acier et que le métal d'union est le cuivre, le joint est d'autant meilleur que les faces de limitation du joint sont plus serrées ou rapprochées l'une de l'autre. Alors même que ces faces auraient été assemblées intimement' à la presse, le cuivre se crée rapidement un passage entre elles et le joint final est d'autant plus solide que les faces de limitation sont plus serrées. A mesure que le tube continue son mouvement longitudinal, il pénètre dans un refroidisseur 42 qu'il traverse. Ce dernier peut être du type à chemise ou enveloppe de refroidissement
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et un liquide réfrigérant peut y être introduit par un orifice d'admission 43 et en .sortir par un orifice d'échappement 44.
Les gaz du four passent à l'intérieur de ladite chemise dans la direction du mouvement du tube et peuvent s'échapper à 3.'état brûlé à l'extrémité de sortie du refroidisseur.
La bande étant façonnée avec celles de ses faces destinées à former le joint placées à son point le plus bas, le joint sera maintenu à la base du tube pendant toute la durée de son passage à travers le four* Il se produira probablement un certain degré de torsion du tube après sa sortie du train et un déplacement résultant du joint par rapport à la position centrale ,inférieure exacte, comme conséquence des efforts et tensions auxquels le métal de la bande a été soumis à l'intérieur du laminoir et pendant les premiers stades du traitement thermique.
Le joint n'a toutefois pas la possibilité de s'écarter dans une mesure exagérée de sa position extrême la plus bas- se et sa position est toujours telle que le métal d'union fondu pénètre dans les interstices séparant les faces de joint. L'attraction capillaire élimine sensiblement .tout le cuivre de l'intérieur du tube, de sorte qu'il n'en reste pas sous forme de petites flaques ou gouttelettes.
Les surfaces intérieures du pli intérieur 5 situées au voisinage du joint peuvent être revêtues d'une très mince pellicule de cuivre résiduel après que le cuivre fondu a pénétré entre les faces d'union, mais cette pellicule est extrêmement mince et ne constitue guère plus qu'une coloration cuivrée. De préférence, la quantité de cuivre fournie, qui peut être déterminée par la section transver- sale du fil, sera de préférence choisie exactement en relation avec le diamètre du tube, de façon que la quantité de cuivre présente soit suffisante pour remplir entièrement
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tous les interstices séparant les faces d'union du joint, ' sans excès sensible.
Le cuivre ne risque pas de s'é- chapper à l'extérieur des faces de joint 9 parce que l'action capillaire cesse là où les dites faces inter- sectent la surface périphérique extérieure du tube.
R É S U M É.
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The present invention relates to the manufacture of metal tubes and more particularly to a method of the kind in which a strip of metal strip is moved longitudinally and, during this movement, is shaped transversely so as to receive in section. transverse a hollow or tubular shape provided with parts which are arranged overlapping and whose adjacent faces are joined together by a joining metal.
Large tonnages of tubes have been manufactured by such a process in which the strip forming the tube is coated with a bonding metal. After the band received its
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Hollow in section, it is subjected to a heat treatment which causes the fusion of the joining metal and, after the metal has solidified, said adjacent faces are welded to each other.
The main object of the present invention is a method of manufacturing metal tubes in which use is made of a metal tube strip not coated with joining metal and shaped as such in the form of a hollow-shaped part. or tabular in cross-section, provided with overlapping portions facing each other and in which the joining metal is supplied to the tube in the form of a mass, or body, which is physically separate from the strip tube, instead of being supplied in the form of a layer covering this strip.
In accordance with the present invention, the joining metal is brought inside the shaped tube. Difficulties arise, however, when, after the union metal has been brought to the molten state inside the tube, an attempt is made to make this metal flow between said faces turned towards one another of the portions of the tube. tape overlap. Tubes formed from the strip metal while the strip is moving longitudinally had heretofore been made in such a way that the gasket was located at the top of the tube. The molten union metal contained in a tube whose seal is established at the top of the tube moves under the action of gravity to the base of the tube and forms small puddles or droplets, instead of circulating and go upwards to enter the joint.
On the other hand, to make such a tube from the bunde, sections of tube, once shaped and before the adjacent lapped slips have been welded or otherwise united, were passed through an oven for processing. thermal union. It wouldn't be
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It is useful to place the joining metal inside such pipe sections intended to pass through a furnace because the tubes would twist and rotate during their passage through the furnace and it would not be possible to maintain the seal at the lowest point to allow the joining metal to enter it, assuming, of course, that the tube has a circular cross section.
In accordance with the present invention, the tube is shaped from the longitudinally moving strip such that the joint is at the lowest point of the cross section, and the tube thus formed continues its longitudinal movement through an area. heating while it remains fully attached to the upstream portion of the strip, so that the seal is held in its lowest position. As a result, the shaping and heating operation is continuous. The joining metal is introduced into the interior of the tube while the tube is being formed, this metal being supplied as a separate wire or metal strip or as a powder or fine particles.
In the accompanying drawing, which illustrates the invention:
Fig. 1 is a general view showing a rolling mill or tube train, a heating zone and a cooler.
Fig. 2 is a cross-section on a larger scale taken on line 2-2 of FIG. 1 and shows the shaped tube as it exits the train, as well as the way in which the supply of the joining metal takes place before the heat treatment,
Fig. 3 shows how the web shaping is done by some of the first shaping rollers on the train.
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Fig. 4 shows the web at the time when shaping is almost finished.
Fig. 5 is a section on a larger scale, by line 5-5 of FIG. 1, illustrating the last rollers of the train, which contract and shape the belt, mandrel or support shaft of the train, as well as how the joining metal is supplied.
Fig. 6 is a view similar to Figure 2 showing the end tube.
In Figure 1 is represented and designated by 1 a reel of strip to tube, the strip 2 of which is unwound and driven through a tube rolling mill provided with a series of shaping rollers, generally designated 3, which serve to shape the strip to give it a hollow or tubular shape in section. These rolling mills or tube trains are well known and, therefore, it is not necessary to describe here in detail the rollers performing the shaping. The rolling mill may be of the type shown in the patent issued in the United States of America in the name of E.P. Woeller, under No. 2,292,810 dated August 11, 1942.
The present tube rolling mill, however, differs from previously known rolling mills in that the strip is shaped such that the joint is located at the lowest point of the tube.
The preferred type of tube is that constructed with a double wall, as shown in Figures 2 and 6. The strip is bent or shaped about 720, so that the finished tube 3 has an outer layer or ply 4 and a ply or ply. inside 5. The edges of the strip are inclined or bevelled, as shown in FIGS. 2 and 6, and their bevels or inclined faces are turned towards each other and situated on either side of an offset portion. of the intermediate zone 7 of the strip. This portion
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intermediate 7 and the bevelled faces of the ends of the strip are indicated at, 8 and 9, 'these parts 7, @ and constituting the seal 10.
The tube rolling mill can shape the strip in the manner shown in Figures 3 and 4. One of the edges of the strip is angled angularly, as shown at 11, and the other edge is somehow subject to action. rolling during shaping to which the strip is subjected to receive the hollow shape in section. The role of the elbow 11 is to resist the compressive forces which occur when the rolling of the strip is effected by a movement directed in a way from left to right, looking at FIG. 3, this elbow being straightened when the final shaping is about to be completed so that it conforms to the arcuate shape of the tube walls and is incorporated into the outer layer.
The tube is shaped around a mandrel 12 which is held anchored by a support 14. Over most of its length the mandrel has a diameter which is less than the inside diameter of the tube, so that it does not. plays no role in shaping the strip, but at its end it has a larger diameter, as shown in Figure 5. The last rollers 15 and 16 tightly grip the tube around the larger diameter portion of the mandrel to ensure the tightening of the bevelled portions of the strip against one another.
The mandrel is hollow, that is to say it has a central passage 18, and the joining metal has been shown in the drawings as being in the form of a metal wire which is unwound from a spool 20. This wire 21 is driven at. through the hollow mandrel and is deposited inside the tube, as shown in Figure 5, where it falls or descends under the action of the gravity to a position located
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at or near the lowermost portion of the tube and near the joint 10.
The tube can be made from a strip of steel, and the joining metal can be copper. However, use can be made of other bonding metals, for example copper alloys and various welds such as the so-called "hard", whose melting point is relatively high. The metal of the strip may be other than steel. For example, use can be made of 1.; Monel etal, in which case it would be appropriate to make use of a joining metal which suitably ensures the union of the mutually adjacent faces of Monel metal. The metal could be delivered in the form of a strip not having the circular section of ordinary wire, or else in a finely divided state, for example in the form of powder which would be forced along the passage of the mandrel.
The whole of the shaped tube animated by a longitudinal movement and of the joining metal which it contains is then 'directly introduced into a furnace, or heating zone which, preferably, heats the tube by electrical resistance. The heating zone has generally been shown and denoted by 25 and contains, as electrodes, rollers 26, 27 and 28, each of which is associated with a support roll 29, 30 and 31, respectively. 34 designates a transformer in the secondary coil of which an electric current of low voltage and high intensity is induced. One side of the secondary is connected by an electrical conductor 35 to the roller forming the end electrode 28, and by a conductor 36 to the conductor formed by the end roller 26.
The other side of the secondary is connected by the conductor 37 to the intermediate roller or electrode 27. By thus connecting
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The electrodes are minimized difficulties- ing. what is presented by the problem of 1. '' 'isolation of the elements of E; the apparatus there.
During the passage of the tube to. through., the area of; heating) {it is heated. by,], the electrical resistance up to a point greater than; The atosphere reigning within the heating or furnace zone is preferably oxidizing, or not reducing. and a suitable gas can be admitted to this zone through a pipe 40. The molten joining metal descends by its own weight to the base of the pipe, where the seal 10 forms.
Consequently, this molten metal creates an immediate passage towards the bevelled face 8 of the joint. The union faces of the seal are, as previously explained, in a close capillary relationship and, in fact, substantially in contact. Due to the capillary action, the joining metal thus penetrates rapidly between said faces, at 8, at the point where these faces intersect the inner surface of the tube, and spreads circumferentially between the adjacent faces of the folds or layers, then between the adjacent bevelled faces located at 9, the interstitial zones or spaces separating these various adjacent faces constituting, in fact, a "capillary space".
This action is very fast, For example, when the strip is made of steel and the joining metal is copper, the seal is all the better as the limiting faces of the seal are tighter or closer to one of the 'other. Even though these faces would have been tightly assembled with the press, the copper quickly creates a passage between them and the final seal is all the more solid as the limiting faces are tighter. As the tube continues its longitudinal movement, it enters a cooler 42 through which it passes. The latter can be of the jacket or cooling jacket type.
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and a refrigerant liquid can be introduced therein through an intake port 43 and exit through an exhaust port 44.
Furnace gases pass inside said jacket in the direction of tube movement and can escape in a burnt state at the outlet end of the cooler.
Since the strip is shaped with those of its faces intended to form the seal placed at its lowest point, the seal will be held at the base of the tube for the duration of its passage through the furnace * Some degree will likely occur. of torsion of the tube after it leaves the train and a resulting displacement of the joint with respect to the exact lower central position, as a consequence of the stresses and strains to which the metal of the strip has been subjected inside the rolling mill and during the first stages of heat treatment.
The seal, however, does not have the possibility of deviating to an exaggerated extent from its lowest extreme position and its position is always such that the molten joining metal enters the interstices between the seal faces. The capillary attraction removes substantially all of the copper from the interior of the tube, so that none of it remains as small puddles or droplets.
The inner surfaces of the inner ply 5 in the vicinity of the joint may be coated with a very thin film of residual copper after the molten copper has penetrated between the union faces, but this film is extremely thin and constitutes little more than 'a copper color. Preferably, the amount of copper supplied, which can be determined by the cross section of the wire, will preferably be chosen exactly in relation to the diameter of the tube, so that the amount of copper present is sufficient to completely fill.
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all the interstices separating the union faces of the seal, 'without appreciable excess.
There is no risk of copper escaping outside the seal faces 9 because the capillary action ceases where said faces intersect the outer peripheral surface of the tube.
ABSTRACT.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.