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La présente invention concerne un¯procédé et un appareil pour la produc- tion de tuyaux formés par l'enroulement hélicoïdal d'un ruban de métal allongé en une série de spires adjacentes qui sont soudées les unes aux autres par leurs bords. Les tuyaux ainsi produits sont généralement appelés tuyaux en spirale ou tuyaux formés par enroulement en spirale.
Une des caractéristiques de la présente invention est que les tuyaux en spirale produits par le présent procédé et le présent appareil satisfont en n'importe quel point non seulement aux exigences commerciales de précision et d'= ovalisation, mais encore aux exigences les plus sévères à ce point de vue pour certaines applications du Département de la Guerre des Etats-Unis d'Amérique.
Une autre caractéristique de la présente invention est que, par l'u- tilisation de ceprocédé et de cet appareil,lëeruban est enroulé selon un diamètre légèrement supérieur au diamètre désiré du tuyau en spirale fabriqué et que ce ruban enroulé de diamètre légèrement plus important est confiné dans une cage de rouleaux allongés, le diamètre effectif de la cage étant celui du diamètre désiré pour le tuyau à produire. Une telle différence de diamètresréalise une certaine quantité de travail à froid du ruban métallique, et aucun dispositif ou équipement spéciaux ne sont nécessaires pour maintenir l'alignement des bords vers le haut et vers le bas. Une telle différence de diamètres assure à la fois une parfaite ron- deur du tuyau et le diamètre désiré.
Bien qu'une telle différence en diamètres n'offre aucune résistance circonférentielle au mouvement du ruban enroulé dans la cage de rouleau susceptible de tendre à dérouler ou ouvrir le "joint", lesdits rouleaux exercent une résistance longitudinale qui tend à assurer la parfaite jonction des bords pour le soudage.
Une autre caractéristique de la présente invention est que la cambrure commercialement acceptable dans les rubans en acier,tels.qu'on les reçoit des aciéries productrices, est absorbée au cours de la production des tuyaux en spira- le au moyen du présent procédé et du présent appareil.
Dans l'état où on les reçoit des aciéries productrices, les rubans ou feuillards en acier du type utilisé dans la fabrication de tuyaux en spirale ont une légère cambrure latérale qui gêne généralement une parfaite jointure des bords du ruban lorsque celui-ci est enroulé en spirale de façon à former un tube ou un 'tuyau.,Toute pièce métallique plate produite par laminage se caractérisé par une. certaine cambrure, et cette cambrure n'est pas uniforme; elle peut ne pas se com- penser; et généralement elle est imprévisible. Une cambrure de 2,7 mm par mètre -de longueur est admissible dans les feuillards métalliques tels qu'ils sont mis dans le commerce par les aciéries productrices.
Lorsqu'on utilisait les procédés et les machines connues jusqu'à présent, lorsqu'un tel ruban métallique plat, présentant une certaine cambrure est enroulé de façon hélicoïdale en l'absence de dispositif ou d'équipement spé- ciaux, le tuyau produit peut n'être pas d'un diamètre uniforme ou présenter des soudures imparfaites. L'un ou l'autre de ces résultats rendent les tuyaux ainsi obtenus impropres à la vente. De nombreuses tentatives ont été faites pour surmon- ter les difficultés mentionnées ci-dessus, rencontrées lors de l'utilisation de dif- férents dispositifs et équipements, mais aucune d'entre elles n'a donné complète satisfaction.
Une autre caractéristique de la présente invention est que le joint soudé des tuyaux métalliques produits par le présent procédé et le .présent appa- reil ne présente aucune fuite et peut résister sans rupture ni éclatement à de hautes pressions. Des essais effectués par les Services de l'Artillerie des Etats-Unis d'Amérique sur des tuyaux en spirale soudés fabriqués par le présent procédé et au moyen de la présente machine ont établi que le point d'éclatement ou de rupture de ces tuyaux est celui du métal original, et que la rupture ne se' produit jamais à l'endroit de la soudure. De tels essais ont été également effec- tués sur des tuyaux fabriqués à partir de rubans d'acier ? 4130.
Jusqu'à présent on avait cru impossible de former et de souder de façon satisfaisante des tuyaux
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en spirale à partir de tels rubans d'acier à cause des caractéristiques de "ressort" d'un tel acier.
Une autre caractéristique de la présente invention est que grâce à l'application du présent procédé et de la présente machine, on peut produire des, tuyaux en spirale à partir de presque n'importe lequel des différents types con- nus d'aciers au carbone ou d'alliages d'aciers au carbone..
Une autre caractéristique de la présente invention est que, par l'uti- lisation des présents procédé et machine améliorés, des tuyaux en spirale soudés d'une très large gamme de diamètres peuvent être produits de façon continue à partir de rubans métalliques d'une gamme très large d'épaisseurs et de largeurs.
Si l'on se rapporte aux dessins ci-joints :
La figure 1 est une vue en perspective montrant de façon générale une machine de formation et de soudure de tuyaux en spirale constituant une réa- lisation concrète de la présente invention; une bande de métal et un dispositif de mise à niveau des rouleaux, un dispositif pour l'alimentation de la machine en -feuil,lards déroulés ; etc.
La figure 2 est une vue frontale de la machine pour la formation et la soudure de tuyaux en spirale représentée sur la figure 1.
La figure 3 est une vue en plan de la machine de formation et de soudure de tuyaux en spirale, du dispositif de mise à niveau des rouleaux, et du dispositif d'alimentation indiqués sur les figures 2 et 1.
La figure 4 est une vue frontale fragmentaire et agrandie de la por- tion de gauche de la machine représentée sur la figure 2.
La figure 5 est une vue frontale schématique des structures illustrées par la figure 1.
La figure 6 est une vue frontale agrandie de la machine illustrée par la figure 2.
La figure 7 est une vue agrandie du côté gauche d'une forme à segment 'de rouleau central ou mandrin.
La figure 8 est une vue en coupe de la structure illustrée par la figure 7, prise selon la .ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une vue frontale, en partie en coupe, d'une forme de rouleau central ou mandrin.
La figure 10 est une coupe partielle de la structure illustrée par la figure 9, prise selon la ligne 10-10 de la figure 9.
La figure 11 est une vue agrandie du montage de la soupape du cylin- dre pneumatique à laquelle sont rattachés les cylindres pneumatiques d'un rou- leau à segments.
Dans la production d'une large gamme de diamètres de tuyaux en spi- rale fabriqués à partir de différents types de feuillards métalliques d'une gamme très diverse de largeurs et d'épaisseurs par l'utilisation des présents procédé et machine améliorés, la totalité des rouleaux extérieurs et le rouleau central, ou rouleau-mandrin, de la cage de rouleaux de la machine peuvent" être de construction massive, c'est-à-dire des rouleaux ordinaires ayant une surface externe massive.
Dans la production de tuyaux en spirale de certains diamètres et épaisseurs de parois, il peut être préférable que le rouleau central ou rouleau- mandrin, ainsi qu'éventuellement un ou plusieurs des rouleaux extérieurs qui forment la cage de rouleaux soient du type à segments afin de faciliter le mou- vement du feuillard pendant qu'il est enroulé de façon hélicoïdale par la machine,
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Ce qu'on appelle un rouleau de type " à segments" est un rouleau cylindrique com- posé de segments, chacun desdits segments étant suceptible indépendamment d'un mouvement axial sur une longueur déterminée vers l'avant de la machine en même temps que le tuyau en cours de formation.
Lorsqu'un segment d'un rouleau de ce type perd par rotation le contact avec la pièce travaillée, ledit segment retour- ne automatiquement à sa position initiale, c'est-à-dire vers l'arrière de la ma- chine illustrée par les dessins.
Les caractéristiques essentielles des présents procédé et machine amé- liorés pour la fabrication de tuyaux en spirale restent toujours les mêmes, que les rouleaux soient du type massif ou du type "à segments", ou encore qu'ils soient composés d'une combinaison de ces deux formes.
Bien que dans les dessins seul le rouleau central ou mandrin soit représenté comme rouleau entraîné', il est clair que n'importe lequel des rouleaux extérieurs et éventuellement l'ensemble de ceux-ci, peuvent être entraînés de façon similaire si on le désire.
En se reportant'aux dessins, on voit en 1 la machine pour la forma- tion et le soudage de tuyaux en spirale; cette machine est montée sur un socle horizontal 2 auquel est fixée de façon rigide une console de support vertical 3.
Cette console 3 est munie de quatre cannelures de guidage horizontales et espa- cées en 4, 5, 6 et 7 sur les figures 1 et 2. Chacune desdites cannelures 4, 5, 6, 7 est pourvue d'une fente en T dans laquelle des montants filetés à tête en T sont montés de façon à permettre le glissement pour fixer de façon rigide les supports de rouleaux à la console 3, comme décrit ci-après
Comme on le voit le mieux sur la figure 6, une série de rouleaux ex- térieurs formant une cage de rouleaux comprend un rouleau arrière inférieur 12, un rouleau arrière supérieur 13, un rouleau avant supérieur 14, un rouleau avant inférieur 15, et un rouleau de fond 16 qui tourillonnent à leurs extrémités avant dans les roulements correspondants 12, 13a, 14a, 15a et 16a . Les roulements 12a, $13a, $14a,
$15a et 16a sont formés à l'extrémité interne de leurs arbres respec- tifs 22, 23, 24 , 25, 26. Les rouleaux 12, 13, 14, 15 et 16 tourillonnent à leur extrémité.arrière dans les roulements correspondants 12b, 13b, 14b, 15b, et 16b, formés aux extrémités intérieures de leurs arbres respectifs 27, 28, 29, 30 et 31.
L'arbre porteur 22 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 35 du rouleau; l'arbre porteur 23 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 36 du rouleau, l'ar- bre porteur 24 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 36 du rouleau; l'arbre porteur 25 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 38 du rouleau; et l'arbre porteur 26 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 39 du rouleau.
L'arbre porteur 27 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 45 du rouleau; l'arbre porteur 28 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 46 du rouleau ; bre porteur 29 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 47 du rouleau; l'arbre porteur 30 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 48 du rouleau, et l'arbre porteur 31 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le support 49 du rouleau.
Etant donné que la machine est adaptable pour la production de tuyaux en spirale de différents diamètres et à partir de rubans métalliques de différentes largeurs dans une limite déterminée, il est souhaitable que les supports du rouleau avant et du rouleau arriérer puissent être mus en bloc de façon à placer correc- tement les rouleaux en ce qui concerne le point de soudage du tuyau en cours de formation. De ce fait, les supports avant et arrière 34 et 35 du rouleau arrière
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.inférieur 12 peuvent être mus en bloc au moyen des arbres à vis 50-50' qui coopè- rent avec des écrous rigides correspondants prévus dans les supports de rouleaux 35 et 45.
Les arbres 50 et 50' peuvent être tournés pour provoquer le mouvement horizontal simultané des deux supports de rouleaux 35 et 45, d'une façon mécanique bien connue au moyen de dispositifs de commande à embrayage, à pignons, etc, re- liés à des dispositifs d'entraînement par un arbre et une poulie d'entraînement, comme indiqué schématique en 52 sur la figure 2.
De façon correspondante, les supports de rouleaux 36 et 46 pour le rouleau 13; les supports 37 et 47 pour le rouleau 14 et les supports 38 et 48 pour le rouleau 15 peuvent être mus simultanément et de la même façon que les arbres à vis correspondants 54-54', 55-55', 56-56', reliés de la même façon à une poulie et un dispositif d'entraînement, comme indiqué schématiquement en 58 dans la figure 2. Le support avant 39 et le support arrière 49 du rouleau inférieur 16 peuvent être mus simultanément au moyen des arbres à vis 60-60', reliés aux dispositifs indiqués schématiquement en 52, comme décrit ci-dessus.
Le dispositif destiné à produire le mouvement simultané des supports de rouleaux aux extrémités opposées desdits rouleaux ne fait pas partie de la ,présente invention étant donné que de nombreux dispositifs similaires pour l'ob- tention du résultat désiré sont connus de longue date et ne nécessitent que la . compétence technique ordinaire pour le calcul des mouvements mécaniques. Par con- séquent, il est inutile de représenter et de décrire en détail aucun des diffé- rents dispositifs connus pouvant être utilisés pour l'obtention du résultat dési- ré.
Lorsque n'importe lequel des rouleaux 12 à 15 inclus a été mû à la position désirée, les supports avant et arrière dudit rouleau sont fixés de façon rigide à la console 3 au moyen de montants filetés à tête en T faisant saillie à travers les ouvertures adéquates prévues dans le support de rouleau, et munis d'écrous à leurs extrémités externes. Il est évident que les écrous des montants à tête en T doivent être desserrés pour-permettre le glissement du support de rouleau. Les supports 39 et 49 du rouleau 16 sont assujettis de la même façon au socle 2, lequel est également muni de cannelures de guidage à fente à forme de T, comme indiqué en 65 sur la figure 4. Les supports de rouleaux peuvent éga- lement être fixés de toute façon bien connue autre que celle décrite.
Les axes des rouleaux 12 à 16 inclus se trouvent dans des plans horizontaux et parallèles, comme on l'observera le mieux sur la figure 10, les rouleaux 12 à 16 inclus de la cage de rouleaux sont également distants de l'axe du tuyau en formation, quel que soit le diamètre de celui-ci. Les arbres porteurs 22 à 26 inclus, respectivement aux extrémités avant des rouleaux 12 à 16 inclus, et les arbres porteurs 27 à 31 inclus, aux extrémités arrière des mêmes rouleaux 12 à 16 inclus, sont munis de fentes de clavette susceptibles de recevoir de façon coulissante des clavettes fixes afin d'empêcher une rotation des arbres 22-31 in- clus dans leurs paliers de guidage respectifs.
Chacun des arbres 22-31 inclus est mû vers l'intérieur ou vers l'ex- térieur par un vérin à vis du type bien connu à vis sans fin, monté de façon rigid dans le support de rouleau de l'arbre correspondant. Chacune des roues hélicoïda- les des vérins est munie d'un alésage axial interne fileté s'engageant avec un pas de vis prévu sur une portion éloignée de l'extrémité porteuse des arbres correspon- dants 22-31 qui y sont montés. Les vis sans fin de chacun des vérins des arbres 22-31 inclus sont toutes reliées les unes aux autres de la façon mécanique bien connue au moyen d'engrenages coniques d'arbres, d'arbres rainurés, etc, à un arbre moteur commun relié par un dispositif d'embrayage à un réducteur de vitesse à vis sans fin entraîné par le moteur, ou un dispositif semblable.
Dans la machine dé- crite ici, ledit arbre d'entraînement commun est relié de façon sélective par un dispositif d'embrayage au dispositif entraîné paris :moteur qui est utilisé pour provoquer le mouvement horizontal des supports de rouleaux.
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Les arbres moteurs des vis sans fin de tous les vérins étant reliés à un arbre d'entraînement commun, la totalité des arbres porteurs 22-31 inclus sont mus simultanément pour provoquer un mouvement simultané et concentrique, vers l' intérieur ou vers l'extérieur , des rouleaux 12 et 16 inclus, constituant la cage de rouleaux pour l'enroulement hélicoïdal du feuillard en une série de spires voi- sines.
Par conséquent, lorsqu'on désire fabriquer un tuyau de quelque diamètre que ce soit compris dans la capacité de la machine, le rouleau central ou mandrin est d'abord mû hors de position, si nécessaire, de la manière décrite ci-après, et les rouleaux 12 à 16 inclus sont mus simultanément et concentriquement soit vers l'intérieur soit vers l'extérieur comme on le désire, jusqu'à ce qu'ils occupent uneposition donnant à la cage de rouleauxun diamètre réel égal au diamètre extérieur désiré du tuyau à fabriquer.
Il y a lieu de noter tout particulièrement que la présente invention ne se limite pas à une machine comprenant une cage de 5 rouleaux comme indiqué sur les figures 2 à 6 inclus, étant donné que la cage de rouleaux peut être formée par un plus grand nombre de rouleaux. Par exemple la machine peut comporter une cage de rouleaux comprenant sept rouleaux extérieurs. En outre, sur la figure 1, qui est un dessin réalisé à partir d'une photographie d'une machine selon la présen- te invention pour la fabrication de tuyaux en spirales pour un usage déterminé, un petit rouleau 15s est utilisé au lieu du rouleau 15 de la machine représentée sur la figure 2 à 6 inclus.
Si la machine pour la fabrication de tuyaux décrite ci-dessus ne doit être utilisée que pour la production de tuyaux d'un même diamètre et à partir de feuillards-d'acier de la même largeur, il ne serait pas nécessaire de monter les rouleaux sur des arbresporteurs susceptibles d'être déplacés axialement à volonté, ni de les monter dans les supports susceptibles de coulisser horizontalement à volonté, étant donné qu'il n'y aurait aucune nécessité rapporter aucune modifica- tion au diamètre effectif de la cage de rouleaux ou à l'emplacement des rouleaux.
Un rouleau central 75, ou mandrin, tourillome à son extrémité arrière dans deux paliers espacés, dont chacun est monté sur un arbre et un vérin, à l'in- térieur de ses supports respectifs 76 et 77, d'une façon similaire à celle qui a été décrite ci-dessus pour les rouleaux 12 à 16. Les supports 76 et 77 sont montés sur le socle horizontal 2 de la même manière que décrite précédemment pour les supports de rouleaux 39 et 49 du rouleau 16. Les supports 76 et 77 peuvent être mus simultanément en bloc au moyen des arbres filetés 79-79' de la même façon qui a été décrite ci-dessus pour les supports 39 et 49 du rouleau 16.
L'axe du mandrin 75 est parallèle aux axes des rouleaux 12 à 16 inclus.
Les deux paliers du mandrin 75 sont conçus pour être mus simultanément par'leurs arbres et vérins dans un plan oblique indiqué par la ligne en pointillé M - M sur la figure 6 afin de modifier la position du mandrin 75, modification nécessitée par des modifications du diamètre effectif de la cage formée par les rouleaux 12 ,à 16 inclus, pour la production de tuyaux en spirale de diamètres différents. La .ligne en pointillé M - M de la .figure 6 indiquant le plan oblique du mouvement effectué par le mandrin 75 passe à travers le centre de la cage de rouleaux et la ligne médiane entre les axes du rouleau 16 et du rouleau inférieur arrière 12; sur la figure 6 ce plan oblique fait environ 36 avec Ia verticale.
Les vérins des deux paliers à l'extrémité arrière mandrin 75 sont reliés l'un à l'autre, afin de se mouvoir en bloc, par l'arbre 83 qui est relié par des engranges adéquats à l'arbre 84 sur lequel est montée la poulie 85. Ladite poulie 85 est reliée par une courroie de transmission à un moteur électrique 86.
Les dispositifs servant à provoquer le mouvement simultané de divers éléments, tels que paliers, au moyen de vérins reliés auxdits éléments ne font pas partie de la présente invention, étant donné que les différents dispositifs servant à l'obtention du but désiré sont bien connus et ne nécessitent que l'élasticité
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nécessaire à leur adaptation et à leur utilisation mécanique. Par conséquent, il est; inutile de les décrire en détail dans le présent texte.
Comme on le voit sur les figures 4, 6 et 8, le rouleau central ou man- drin 75 peut être mû dans le sens contraire au sens de rotation des aiguilles d' une montre, en observant la figure 6, par un moteur 90 à vitesse réglable relié par l'accouplement 91 à un réducteur de vitesse 92 à vis sans fin. Un pignon à, chaîne 93 calé sur l'arbre de sortie du réducteur de vitesse 92 est relié par une chaîne 95 à un pignon à chaîne 96 calé sur l'extrémité arrière du mandrin 75 de toute façon adéquate.
Il est évident que bien qu'aucun dispositif d'entraînement ne soit illustré pour aucun des rouleaux extérieurs 12 à 16 inclus, lesdits rouleaux peu- vent être entraînés, si on le désire, d'une façon similaire à celle indiquée pour le mandrin 75. Il y a lieu de noter que, lors de la production de,tuyaux en spira- les de certains diamètres et de certaines épaisseurs de parois, il pourra s'avérer inutile d'avoir un rouleau central ou mandrin entraîné sir le feuillard à partir duquel doit être fabriqué le tuyau en spirale est introduit à l'intérieur de la cage de rouleaux avec une force suffisante pour enrouler hélicoidalement ledit feuillard en une!série de spires contiguës.
En outre, il y a lieu de noter que, dans la production de tuyaux en spirale de certains diamètres et de certaines épaisseurs de paroi il pourra s'a- vérer inutile de prévoir un rouleau central ou mandrin dans la machine, le feuil- lard de métal pouvant être enroulé hélicoïdalement enune série de spires conti- gües dans la cage de r ouleaux par la simple force servant à l'introduction du feuillard dans la machine à fabriquer les tuyaux en spirale.
Comme il a été établi ci-dessus, il pourra s'avérer souhaitable de donner au rouleau central du mandrin, ainsi qu'éventuellement à l'un ou plusieurs des rouleaux extérieurs de la cage une structure à segments afin de faciliter le mouvement des spires de feuillard de certains diamètres et de certaines épaisseurs de paroi à travers la machine.
Si l'on se réfère aux figures 7 à 11 inclus, qui illustrent un rouleau central ou mandrin de type à segments, on constate que le moyeu centre du mandrin est un rouleau massif muni d'un alésage axial 101. La portion extérieure du rou- leau est formée:, de façon commode, par une série de huit segments 102. Comme 1' illustre la figure 8, ' l'extrémité avant de chacun des segments 102 est alésée de façon à former un orifice permettant le passage d'une tige 103 sur laquelle le segment 102 est monté d'une façon coulissante. Ledit orifice est muni de façon cenvenble d'un manchon autolubrifiant afin de permettre un mouvement coulissant facile du segment 102 sur la tige.
La tige 103 est fixée de façon rigide à son extrémité à l'avant à une couronne annulaire 105, laquelle est fixée d'une façon rigide à l'extrémité extérieure du moyeu 100 par une série de boulons 106, comme l'illustrent les figures 9 et 10. Le moyeu 100 est muni d'une série de cannelures 108 et chaque se gment 102 est muni de cannelures correspondantes 109 formées dans sa surface interne.
Les cannelures 108 et 109 servent de chemin de guidage à une série de billes 107 formant un roulement à billes destiné à réduire le frottement provenant du mouvement des segments 102. Les roulements à billes 107 sont maintenus latérale. ment par des chevilles 110, comme l'illustre la figure 10.Un. estime bon d'inter- poser des joints- 112 fabriqués à partir d'un matériau adéquat pour empêcher l'in- troduction de corps étrangers, tel que produits d'abrasion, dans les cannelures de guidage 108 et 109 des roulements. Comme on le voit sur la figure 10, chaque segment 102 est relié par des dispositifs adéquats tels que les broches 114, au prolongement 116 d'une tige de piston du cylindre pneumatique 117 correspondant.
Chaque segment 102 du rouleau 75, au cours de la rotation de celui-ci, est successivement mis en contact avec le feuillard métallique à mesure que celui- ci s'enroule de façon hélicoïdale dans la cage de rouleaux, et le déplacement du
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feuillard provoque le déplacement d'un segment 102 lorsque le contact est ainsi réalisée vers l'extrémité avant du rouleau sur sa tige 103. Lorsqu'un segment 102 du rouleau ne se trouve plus en contact avec le feuillard par suite de la rotation du rouleau, ledit segment n'étant plus entraîné vers l'avant sur sa tige 103 retourne à sa position initiale à l'extrémité arrière du rouleau au moyen de son cylindre pneumatique 117 et de la tige de piston 116 par laquelle il lui est relié.
Etant donné que les cylindres pneumatiques sont portés par le rouleau 75 et tournent avec lui, il est nécessaire d'avoir recours à un dispositif à sou- pape pour permettre l'introduction et la sortie de l'air dans chaque cylindre.
Un tel dispositif à soupape est illustré sur la figure 11, dans laquelle la cana- lisation d'admission d'air 119 de l'admission stationnaire d'air et la plaque d'échappement 120 sont en communication avec la plaque d'admission 121 rotative du cylindre muniè d'une série d'orifices 122 qui sont reliés par des canalisations adéquates 125 - au clapet d'admission d'air 126 à la partie inférieure du piston 127 de chaque cylindre pneumatique 117. La plaque d'admission 120 est maintenue en contact étanche avec la plaque d'admission 121 au moyen d'une série de ressorts à compression 129 dont l'une des extrémités est logée dans des logements 130 prévus dans le porte-ressort 131. Les extrémités opposées de ladite série de ressorts 129 prennent appui sur la butée à roulements 132.
La plaque d'admission 121, la pla- que 120, la butée à roulements 132 et le porte-ressort 131, sont maintenus en posi- tion entre les colliers de serrage 134 et 135 montés sur le manchon d'accouplement 136.
Il y a lieu de noter que si, dans me machine pour la fabrication de tuyaux en spirale selon la présente invention,le'rouleau central ou mandrin et éventuellement l'un quelconque , plusieurs ou tous les rouleaux extérieurs peu- vent être du type appelé ici "à segments", un tel mandrin peut être aisément trans- formé en un mandrin massif et ce, simplement en déplaçant tous les segments à la position la plus avancée et en insérant: une série de blocs aux extrémités arrière afin d'empêcher tout mouvement desdits.segments 102. Les blocs sus-mentionnés peuvent être maintenus de façon convenable par un collier de serrage. Il est évident qu'il faudra également débrancher les cylindres pneumatiques 117.
Dans un type de machine , tous les rouleaux formant la cage de rou- leaux sont des rouleaux du type massif. Il est évident qu'à moins que l'on envisa- ge la possibilité d'utiliser la présente machine améliorée pour la fabrication de tuyaux en spirale d'un diamètre et d'une épaisseur de paroi qui rendent souhai- table d'utiliser les rouleaux à segments, tpus les rouleaux seront généralement du type massif. Il est clair qu'un rouleau du type "à segments" est d'une fabri- cation bien plus coûteuse qu'un rouleau du type massif.
En se référant aux figures 1 et 2, on voit un rouleau de feuillard métallique 140 monté dans un berceau de rouleau de type bien connu (non illustré sur les dessins) à l'extrémité arrière ou d'entrée de la machine débobineuse et aplanisseuse 141. Le berceau du rouleau, le dispositif de déroulage et la calan- dre aplanisseuse peuvent être de n'importe quel type connu adéquat pour le but envisagé et existant sur la marché, et ne font pas partie de la présente invention.
Le feuillard métallique, après aboir déroulé de la bobine 140; passe à travers une série de rouleaux à entraînement mécanique 142 indiqués schématiquement sur la figure 2. Le feuillard métallique est propulsé à force par la calandre aplani- seuse à travers deux plaques d'acier opposés 143 et 143' qui ne sont espacées que de la distance nécessitée par l'épaisseur du feuillard qui pénètre ensuite sur le plateau de la machine en passant dessus un rouleau d'admission 145. Le rou- leau d'admission 145 tourillonne à son extrémité avant dans un palier 145a dont est munie l'extrémité supérieure de l'arbre 146. Il tourillonne à son extrémité arrière dans un palier 145b dont est munie la partie supérieure de l'arbre 147.
L'arbre porteur 146 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le socle 39, et l'arbre porteur 147 est monté de façon coulissante dans un palier de guidage prévu dans le socle 49. Le roulement d'admission 145 est conçu
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pour se mouvoir verticalement vers le haut ou vers le bas par des engrenages en prise avec les portions inférieures filetées des arbres 146 et 147. Les parties supérieures des deux rouleaux 145 et 16 sont maintenues dans le même plan. Le feuillard aplani 140 va du plateau 144 vers les rouleaux 145 et 16 dans un plan tangentiel au sommet des rouleaux.
L'angle d'admission selon lequel le:feuillard métallique entre dans la machine pour être recourbé hélicoicalement en une série de spires contiguës dé- pend de Ia,largeur du feuillard et du diamètre du tuyau que l'on veut fabriquer.
Par conséquent, le châssis porteur 150 de la calandre aplanisseuse 141 est montée de façon à permettre la rotation autour d'un p i 'v o t 151 fixé d e façon rigide au socle horizontal de la machine de formation de tuyau et de souda- ge. Le châssis porteur 150 est muni de galets 153 se déplaçant sur des rails en arc de cercle 154 afin de faciliter le déplacement angulaire de la débobineuse et de la calandre aplanisseuse pour modifier l'angle d'admission du feuillard mé- tallique dans la cage de rouleaux.
Etant donné que la machine de formation de tuyaux et de soudage est capable de produire des tuyaux en spirale de différents diamètres, il est nécessaire de pouvoir soulever ou abaisser la débobineuse, la calandre aplanisseuse et le plateau 144 de façon à ce que l'introduction du feuillard se fasse toujours tangentiellement à la partie supérieure des rouleaux 145 et 16, quelle que soit la modification de.position qu'ils ont subi. Ledit abaissement et ledit élèvement de la calandre aplanisseuse, et peuvent se faire par n'importe quel moyen adéquat.
La figure 1 indique de façon quelque peu schématique des dispositifs élévateurs et abaisseurs consistant en une série de vérins 156 convenablement montés aux quatre angles du châssis porteur 150.Les poutrelles 157 sur lesquel- les est montée la calandre aplanisseuse sont reliées de façon rigide à la partie supérieure des arbres des vérins. L'ensemble des vérins sont reliés les uns aux autres de la façon bien connue par des arbres ou des engrenages adéquats de façon à ce qu'ils puissent tous être élevés ou abaissés simultanément, Lé fonctionne- ment des vérins s'effectue mécaniquement à l'aide d'un moteur électrique et d'un système de démultiplication adéquat branché aux dispositifs permettant de comman- der les mouvements ascendants simultanés des vérins.
Le support 161 de l'extrémité avant du plateau 144 est de façon corree pondante réglable en hauteur conformément aux modifications en hauteur de la calan dre aplanisseuse.
Bien que dans la'présente invention on ait décrit la modification de l'angle d'admission du feuillard dans la machine fabriquant des tuyaux comme s'obtenant par déplacement angulaire de la bobine de feuillard, de la calandre aplanisseuse, etc, autour d'un pivot fixé dans le socle horizontal 2 de la machi- ne , il est clair que le même résultat peut être obtenu par des déplacements angulaires de la machine autour d'un pivot vertical fixe, la bobine de feuillard, la calandre aplanisseuse, etc, restant fixes.
De même, la machine de formation de tuyaux et de soudage pourrait être montée sur des vérins ou sur tout disposi- tif similaire, et cette partie de la machine être élevée ou baissée dans la posi- tion voulue pour la production de tuyaux de diamètres différents de telle sorte que le feuillard introduit à force et à niveau fixe à partir de la calandre apla- nisseuse, etc, entre dans la machine de fabrication de tuyaux et de soudage de face tangentielle au sommet du rouleau d'admission et du rouleau inférieur de la cage.
Le feuillard 140 passe du rouleau d'admission 145 sur le sommet du rouleau inférieur 16 puis sous le rouleau central du mandrin 75 et contacte ensui- te successivement les rouleaux 12, 13, 14 et 15. Les bords latéraux des spires cor figues sont soudés au point indiqué en "X" qui est situé à un peu moins de 180 de la spire entrante et où le bord latéral avant de la spire entrante est soudé au bord latéral arrière de la spire précédente, lesdits bords étant exac- tement bord à bord en cet endroit. Il est évident que le point de soudage peut se faire en n'importe quel endroit après le point de soudage susmentionné situé à un peu moins de 180 par rapport à la spire entrante.
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Les bords bout à bout des spires peuvent être soudés par n'importe quel procédé de soudage bien connu tel que soudure à l'arc, soudure électrique, soudure au gaz, etc. Sur la figure 1 sont indiqués les dispositifs de soudure à l'arc, ainsi qu'une représentation schématique d'une quelconque des têtes de sou- dage bien connues 170 adaptées à un cordon de soudure 161 se déroulant à partir de la bobine 172. Un dispositif d'alimentation de flux 174 est branché de façon bien connue par une canalisation 174 pour fournir du flux de soudage au point de soudage.
Comme il a été mentionné ci-dessus, le rouleau central ou mandrin est muni d'un alésage axial 101 le traversant de part en part. Un tuyau rigide 175 dépassant de part et d'autre des extrémités du mandrin est muni à son extrémité avant d'un dispositif de support 176 sur lequel est monté un petit cylindre pneu- matique 177 portant un sabot de soudage 178 qui est placé de façon bien connue à l'endroit où s'effectue le soudage. Si ce dernier est refroidi par l'eau, les conduits d'admission d'eau passent égalementà travers l'alésage 101, outre le tube d'admission d'air introduisant l'air comprimé dans le cylindre 177 utilisé pour maintenir le sabot de soudage 178 en contact avec la surface intérieure du feuillard d'acier au point de soudage.
Si on le désire, les bords bout à bout des spires hélicoïdales décri- tes ci-dessus peuvent être soudés intérieurement par des dispositifs de soudage portés par l'extrémité avant du tuyau 175 qui s'étend à travers l'alésage central 101 du rouleau central du mandrin ou rouleau central 175 et dépasse celui-ci, ou, si l'on désire, les spires hélicoïdales du feuillard peuvent être soudées à la fois extérieurement et intérieurement de la façon décrite.
Le socle horizontal 2 de la machine de formation de tuyaux ou de sou- dage peut être prolongé vers son extrémité arrière de telle sorte que le mandrin et ses supports peuvent être rétractés en bloc jusqu'à une position en arrière de l'ensemble de formation et de soudage proprement dit, de telle sorte que l'ex- trémité avant du mandrin et l'extrémité avant du tuyau 175 supportant le sabot 178 et éventuellement les dispositifs internes de soudage se trouvant à l'air li- bre.
Si les difficultés se produisent dans lazone du sabot de soudage 178 dans une machine dont le mandrin n'est pas rétractable, il est nécessaire de découper une section du tuyau autour de cette zone et de faire des réparations ou les rem- placements nécessaires en travaillant à travers l'ouverture ainsi pratiquée, ce qui constitue un emplacement particulièrement incommode pour ce travail.
Il s'est avéré souhaitable de supporter le tuyau en spirale terminé 180 à sa sortie de la machine de formation et de soudage au moyen d'un support réglable 181 de n'importe lequel des types bien connus comme l'illustre la figu- re 1.
FONCTIONNEMENT.
La machine décrite ici a été conçue pour la production de tuyaux en spirale d'un diamètre allant d'environ 35 cm à 60 cm, à partir de feuillard d'acier d'une épaisseur maxima d'environ 6 mm.
Les rouleaux 12 à 16 de la cage de rouleaux sont mus simultanément et concentriquement de la façon décrite ci-dessous de telle sorte que le diamètre réel de la cage de rouleaux corresponde au diamètre extérieur du tuyau en spirale que l'on veut produire. La mise en place des rouleaux pour l'obtention du diamètre réel de la cage de rouleaux souhaité peut se faire facilement par l'utilisation d'.un gabarit or de gabarits ayant la même diamètre que celui du tuyau que l'on veut produire. Le rouleau d'admission 145 est de façon correspondante déplacé de telle' façon que sa partie supérieure se trouve dansle même plan que la partie supérieure du rouleau inférieur 16 de la cage de rouleaux.
Pour la production à partir de feuillard d'acier d'un tuyau en spi- rale d'un diamètre extérieur donné, il est souhaitable de pouvoir utiliser une
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largeur de feuillard permettant de produire la plus grande longueur possible de tuyau avec la plus petite quantité possible de soudage. L'angle d'admission du feuillard varie selon la largeur du feuillard. Par exemple, dans la production de tuyaux en spirale de 40 cm de diamètre extérieur à partir de feuillard de 80 cm de largeur, l'angle d'admission par rapport à l'axe des rouleaux 16 à 12, etc, de la cage de rouleaux est de 50 28", soit 50,5 ; et pour la production de tuyaux en spirale de 40 cm de diamètre extérieur à partir de feuillard de 100 cm de lar- geur l'angle d'admission est de 37 16".
La calandre aplanisseuse 141, avac la bobine de feuillard 140, le plateau 144, etc, est convenablement déplacée autour du pivot 151 de la façon dé- crite ci-dessus, de telle sorte que le feuillard aplani 140 pénétrera dans la ma- chine avec l'angle d'admission mathématiquement déterminé pour la largeur du feuillard utilisée. La calandre aplanisseuse 141, avac la bobine de feuillard 140, et le plateau 144, etc, est ensuite élevée ou abaissée de la façon décrite ci-dessus de telle sorte que le feuillard 140 pénètre dans la machine selon un plan horizontal tangentiel au sommet des rouleaux 145 et 16. Le support 161 à l'extrémité avant du plateau 144 est lui aussi réglé conformément aux modificatior apportées au plateau 144, etc.
Si c'est nécessaire, les rouleaux 12 à 16 et 145 peuvent être mus horizontalement de la façon décrite ci-dessus par un mouvement en bloc des support des rouleaux aux extrémités avant et arrière de tout rouleau dont la position doit être modifiée.
Le feuillard 140 est déroulé par la débobineuse selon le procédé bien connu et, comme indiqué sur la figure 5, passe entre la première paire op- posée de rouleaux entraînés de la calandre aplanisseuse 141, ensuite à travers les rouleaux de la calandre elle-même, schématiquement indiqués sous la forme des cinq rouleaux 142 de petit diamètre, et ensuite entre la deuxième paire opposée de rouleaux entraînés. Le feuillard est ensuite introduit à force entre les pla- ques d'acier opposées 143 et 243', dans un plan tangentiel au sommet du rouleau d'admission 145 et du rouleau inférieur 16. Si on le désire, des rouleaux de guidage ou des joues de guidage peuvent être utilisés pour empêcher tout déplace- ment latéral du feuillard et maintenir l'angle d'admission choisi.
Le feuillard progresse à partir du rouleau 16 pour s'engager sous le rouleau central ou mandrin 75 et progresser de là vers le rouleau 12. Le man- drin est mis en place de la façon décrite ci-dessus,de façon à donner une incur- vation initiale d'un plus grand rayon que le rayon du tuyau à former au feuil- lard 140 qui se meut diagonalement par rapport à l'axe longitudinal dudit mandrin
Le feuillard 140 s'enroule hélicoïdalement à l'intérieur de la cage de rouleaux en spires formant un tuyau d'un diamètre extérieur correspondant au diamètre réel de la cage aux rouleaux.
Etant donné que la courbure initiale don- née au feuillard est d'un plus grand rayon que le rayon du tuyau à fabriquer, et étant donné que le feuillard ainsi initialement incurvé est enroulé de façon hé- licoïdale, pendant qu'il est enfermé dans la cage de rouleaux, selon un rayon de courbure moindre que le rayon de courbure initialement donné au feuillard, la parfaite rondeur du tuyau et le maintien exact du diamètre désiré sont assurés Comme on le voit sur la figure 2, un ou plusieurs rouleaux de guidage latéral 180 sont placés approximativement à l'endroit où le bord arrière du feuillard 140 a fait la moitié d'une première spire afin d'assurer le maintien du feuil- lard dans la position voulue.
Il est important de noter que, dans le présent procédé et dans le présent appareil, les nombreux rouleaux formant la cage aux rouleaux opposent une résistance au mouvement longitudinal du feuillard incurvé, résistance qui est suffisante pour provoquer la jointure bord à bord du bord avant de la spire en cours de formation avec le bord arrière de la spire précédente. Néanmoins, les rouleaux de la cage aux rouleaux n'exercent aucune résistance circonférentielle au mouvement du feuillard incurvé dans la cage aux rouleaux, résistance qui aurai
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tendance à ouvrir le "joint".
Il.- y a lieu de noter que dans les procédés et appareils connus jusqu'à présent pour la formation de tuyaux en spirale, on s'est efforcé d'avoir des élé- ments provoquant aussi peu de frottement que possible.
Les bords se touchant des spires sont soudés l'un à l'autre, de façon commode,-en un point légèrement en avant du point où le bord de la spire en cours de formation a accompli une demi-révolution, comme indiqué en 171 sur la figure 6 et en X sur la figure 2.
Comme indiqué sur la figure 1, lesdits bords se touchant sont soudés l'un à l'autre de façon continue selon la technique de soudage à arc submergé au moyen d'une tête de soudage 170 de type bien connu, d'un fil d'électrode 172, et de flux fourni au point de soudage de façon bien connue par un conduit de flux relié au dispositif d'alimentation en flux 174.
Bien qu'il ait été fait mention de soudure extérieure en arc sub- mergé, il est évident que le soudage des bords continu des spires peut se faire soit à l'intérieur du tube, soit encore à la fois intérieurement ou extérieurement
Il est également important de remarquer que le fait de donner initiale- ment au feuillard une courbure de plus grand rayon que le rayon du tuyau à produi- re et d'enrouler ledit feuillard ainsi initialement incurvé de façon hélicoïdale en une suite de spires tandis qu'il est enfermé dans une cage de rouleaux d'un diamètre moindre que le diamètre initial provoque dans une certaine mesure un travail à froid du feuillard métallique, et qu'aucun dispositif spécial n'est nécessaire pour maintenir les bords des spires à niveau égal.
Toute cambrure commercialement admissible de 2,7 mm par mètre de longueur de feuillard se trou- ve absorbée, ou répartie d'une façon lui enlevant tout effet nuisible, avant 1' opération de soudage.
Il est évident que les descriptions et les dessins donnés ci-dessus ne sont pas limitatifs et qu'on peut y apporter certaines modifications sans s'é- carter du cadre et de l'esprit de l'invention.
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The present invention relates to a method and apparatus for the production of pipes formed by the helical winding of an elongated metal strip into a series of adjacent turns which are welded to each other at their edges. The pipes thus produced are generally referred to as spiral pipes or pipes formed by spiral winding.
One of the features of the present invention is that the spiral hoses produced by the present process and the present apparatus meet in every respect not only the commercial requirements of precision and out-of-roundness, but also the most severe requirements. this point of view for some applications of the War Department of the United States of America.
Another feature of the present invention is that, by use of this method and apparatus, the tape is wound to a diameter slightly larger than the desired diameter of the spiral pipe being produced and this slightly larger diameter wound tape is wound up. confined in a cage of elongated rollers, the effective diameter of the cage being that of the desired diameter for the pipe to be produced. Such a difference in diameters does a certain amount of cold work for the metal tape, and no special devices or equipment are needed to maintain the alignment of the edges up and down. Such a difference in diameters ensures both a perfect roundness of the pipe and the desired diameter.
Although such a difference in diameters offers no circumferential resistance to the movement of the tape wound in the roller cage capable of tending to unwind or open the "joint", said rollers exert a longitudinal resistance which tends to ensure the perfect junction of the. edges for welding.
Another feature of the present invention is that the commercially acceptable camber in steel tapes, as received from producing steel mills, is absorbed during the production of coil pipes by means of the present process and the process. present device.
As received from producing steel plants, steel tapes or strips of the type used in the manufacture of spiral pipes have a slight lateral camber which generally interferes with a perfect seam of the edges of the tape when the tape is wound in. spiral so as to form a tube or pipe., Any flat metal part produced by rolling is characterized by a. some camber, and this camber is not uniform; it may not compensate for itself; and generally it is unpredictable. A curvature of 2.7 mm per meter of length is permissible in metal strips as marketed by producing steelworks.
When using the methods and machines known heretofore, when such a flat metal tape having a certain curvature is helically wound in the absence of special devices or equipment, the produced pipe may not be of uniform diameter or have imperfect welds. Either of these results renders the resulting pipes unsuitable for sale. Many attempts have been made to overcome the above-mentioned difficulties encountered in using different devices and equipment, but none of them have given complete satisfaction.
Another feature of the present invention is that the welded joint of metal pipes produced by the present process and the present apparatus is leak free and can withstand high pressures without rupture or burst. Tests carried out by the United States Artillery Services on welded spiral pipes made by the present process and using the present machine have established that the burst or rupture point of such pipes is that of the original metal, and that the rupture never occurs at the place of the weld. Such tests have also been carried out on pipes made from steel tape? 4130.
Until now it had been thought impossible to form and weld pipes satisfactorily.
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spiral from such steel tapes because of the "spring" characteristics of such steel.
Another feature of the present invention is that by application of the present process and the present machine, spiral pipes can be produced from almost any of the various known types of carbon steels. or alloys of carbon steels.
Another feature of the present invention is that, by the use of the present improved method and machine, welded spiral pipes of a very wide range of diameters can be produced continuously from metal tapes of high quality. very wide range of thicknesses and widths.
Referring to the attached drawings:
Fig. 1 is a perspective view generally showing a spiral pipe forming and welding machine constituting a concrete embodiment of the present invention; a metal strip and a device for leveling the rolls, a device for feeding the machine in -feuil, unrolled bacon; etc.
Figure 2 is a front view of the machine for forming and welding spiral pipes shown in Figure 1.
Figure 3 is a plan view of the spiral pipe forming and welding machine, roller leveler, and feeder shown in Figures 2 and 1.
Figure 4 is a fragmentary and enlarged front view of the left side of the machine shown in Figure 2.
Figure 5 is a schematic front view of the structures shown in Figure 1.
Figure 6 is an enlarged front view of the machine shown in Figure 2.
Figure 7 is an enlarged view of the left side of a segmented form of center roll or mandrel.
Figure 8 is a sectional view of the structure illustrated by Figure 7, taken along line 8-8 of Figure 7.
Figure 9 is a front view, partly in section, of one form of central roll or mandrel.
Figure 10 is a partial section of the structure shown in Figure 9, taken along line 10-10 of Figure 9.
FIG. 11 is an enlarged view of the pneumatic cylinder valve assembly to which the pneumatic cylinders of a segment roller are attached.
In the production of a wide range of spiral pipe diameters made from different types of metal strip of a very diverse range of widths and thicknesses by the use of the present improved process and machine, all outer rolls and the center roll, or core roll, of the machine roll cage may be of massive construction, i.e. ordinary rolls having a massive outer surface.
In the production of spiral pipes of certain diameters and wall thicknesses, it may be preferable that the core roll or core roll, as well as optionally one or more of the outer rolls which form the roll cage are of the segment type in order to to facilitate the movement of the strip while it is wound helically by the machine,
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What is called a roller of the "segment" type is a cylindrical roller composed of segments, each of said segments being subject to independent axial movement over a determined length towards the front of the machine at the same time as the machine. pipe being formed.
When a segment of a roller of this type loses contact with the workpiece by rotation, said segment automatically returns to its initial position, that is to say towards the rear of the machine illustrated by the drawings.
The essential characteristics of the present improved process and machine for manufacturing spiral pipes always remain the same whether the rolls are of the solid type or of the "segment" type, or whether they are composed of a combination of. these two forms.
Although in the drawings only the center roll or mandrel is shown as the driven roll, it is clear that any of the outer rollers, and possibly all of them, can be similarly driven if desired.
Referring to the drawings, 1 shows the machine for forming and welding spiral pipes; this machine is mounted on a horizontal base 2 to which is rigidly fixed a vertical support bracket 3.
This console 3 is provided with four horizontal guide grooves spaced at 4, 5, 6 and 7 in Figures 1 and 2. Each of said grooves 4, 5, 6, 7 is provided with a T-slot in which T-head threaded posts are mounted to allow sliding to rigidly attach the roller supports to the bracket 3, as described below
As best seen in Figure 6, a series of outer rollers forming a roller cage comprises a lower rear roller 12, an upper rear roller 13, an upper front roller 14, a lower front roller 15, and a ground roller 16 which journal at their front ends in the corresponding bearings 12, 13a, 14a, 15a and 16a. Bearings 12a, $ 13a, $ 14a,
$ 15a and 16a are formed at the inner end of their respective shafts 22, 23, 24, 25, 26. The rollers 12, 13, 14, 15 and 16 are journaled at their rear end in the corresponding bearings 12b, 13b, 14b, 15b, and 16b, formed at the inner ends of their respective shafts 27, 28, 29, 30 and 31.
The carrier shaft 22 is slidably mounted in a guide bearing provided in the support 35 of the roller; the carrier shaft 23 is slidably mounted in a guide bearing provided in the roller support 36, the carrier shaft 24 is slidably mounted in a guide bearing provided in the roller support 36; the carrier shaft 25 is slidably mounted in a guide bearing provided in the support 38 of the roller; and the carrier shaft 26 is slidably mounted in a guide bearing provided in the support 39 of the roller.
The carrier shaft 27 is slidably mounted in a guide bearing provided in the support 45 of the roller; the carrier shaft 28 is slidably mounted in a guide bearing provided in the roller support 46; bre carrier 29 is slidably mounted in a guide bearing provided in the support 47 of the roller; the carrier shaft 30 is slidably mounted in a guide bearing provided in the roller holder 48, and the carrier shaft 31 is slidably mounted in a guide bearing provided in the roller holder 49.
Since the machine is adaptable for the production of spiral pipes of different diameters and from metal tapes of different widths within a fixed limit, it is desirable that the supports of the front roller and the rear roller can be moved in a block of so as to correctly position the rollers with respect to the weld point of the pipe being formed. Therefore, the front and rear supports 34 and 35 of the rear roller
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The lower 12 can be moved as a block by means of the screw shafts 50-50 'which cooperate with corresponding rigid nuts provided in the roller supports 35 and 45.
The shafts 50 and 50 'can be rotated to cause the simultaneous horizontal movement of the two roller supports 35 and 45, in a well known mechanical manner by means of actuators with clutch, pinion, etc., connected to drive devices by a drive shaft and pulley, as shown schematically at 52 in figure 2.
Correspondingly, the roller supports 36 and 46 for the roller 13; the supports 37 and 47 for the roller 14 and the supports 38 and 48 for the roller 15 can be moved simultaneously and in the same way as the corresponding screw shafts 54-54 ', 55-55', 56-56 ', connected in the same way to a pulley and a driving device, as shown schematically at 58 in figure 2. The front support 39 and the rear support 49 of the lower roller 16 can be moved simultaneously by means of the screw shafts 60-60 ', connected to the devices indicated schematically at 52, as described above.
The device for producing the simultaneous movement of the roller supports at the opposite ends of said rollers does not form part of the present invention since many similar devices for obtaining the desired result have been known for a long time and do not require that the . ordinary technical competence for the calculation of mechanical movements. Therefore, it is unnecessary to represent and describe in detail any of the various known devices which may be used to achieve the desired result.
When any of the rollers 12 to 15 inclusive have been moved to the desired position, the front and rear supports of said roll are rigidly attached to the console 3 by means of threaded T-head posts protruding through the openings. provided in the roller support, and fitted with nuts at their outer ends. Obviously, the nuts of the T-head uprights must be loosened to allow the roll holder to slide. The supports 39 and 49 of the roller 16 are similarly secured to the pedestal 2, which is also provided with T-shaped slot guide grooves, as shown at 65 in Figure 4. The roller supports can also be fixed in any way well known other than that described.
The axes of the rollers 12 to 16 inclusive lie in horizontal and parallel planes, as will best be seen in figure 10, the rollers 12 to 16 inclusive of the roller cage are also spaced from the axis of the pipe in formation, regardless of the diameter thereof. The carrier shafts 22 to 26 inclusive, respectively at the front ends of the rollers 12 to 16 inclusive, and the carrier shafts 27 to 31 inclusive, at the rear ends of the same rollers 12 to 16 inclusive, are provided with key slots capable of receiving so sliding of the fixed keys in order to prevent rotation of the shafts 22-31 included in their respective guide bearings.
Each of the shafts 22-31 inclusive is moved inward or outward by a screw jack of the well known worm type, rigidly mounted in the roller support of the corresponding shaft. Each of the helical wheels of the cylinders is provided with a threaded internal axial bore engaging with a thread provided on a portion remote from the load-bearing end of the corresponding shafts 22-31 mounted therein. The worms of each of the cylinders of the shafts 22-31 inclusive are all connected to each other in the well known mechanical fashion by means of bevel gears of shafts, grooved shafts, etc., to a common motor shaft connected by a clutch device to a motor driven worm speed reducer, or similar device.
In the machine described here, said common drive shaft is selectively connected by a clutch device to the driven device paris: motor which is used to cause the horizontal movement of the roller supports.
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The drive shafts of the worms of all the cylinders being connected to a common drive shaft, all of the supporting shafts 22-31 included are driven simultaneously to cause simultaneous and concentric movement, inward or outward. , rollers 12 and 16 included, constituting the cage of rollers for the helical winding of the strip in a series of adjacent turns.
Therefore, when it is desired to manufacture a pipe of any diameter within the capacity of the machine, the center roll or mandrel is first moved out of position, if necessary, as described below, and rollers 12 to 16 inclusive are driven simultaneously and concentrically either inward or outward as desired, until they occupy a position giving the roller cage an actual diameter equal to the desired outside diameter of the pipe to manufacture.
It should be particularly noted that the present invention is not limited to a machine comprising a cage of 5 rollers as shown in Figures 2 to 6 inclusive, since the cage of rollers can be formed by a larger number. of rollers. For example, the machine may include a cage of rollers comprising seven outer rollers. Further, in Fig. 1, which is a drawing made from a photograph of a machine according to the present invention for the manufacture of spiral pipes for a specific use, a small roll 15s is used instead of the. roller 15 of the machine shown in Figure 2 to 6 inclusive.
If the pipe making machine described above is to be used only for the production of pipes of the same diameter and from steel strips of the same width, it would not be necessary to mount the rollers. on carrier shafts capable of being moved axially at will, nor of mounting them in the supports capable of sliding horizontally at will, given that there would be no need to report any modification to the effective diameter of the roller cage or the location of the rollers.
A central roller 75, or mandrel, journals at its rear end in two spaced apart bearings, each of which is mounted on a shaft and a ram, within its respective supports 76 and 77, in a similar fashion to that which has been described above for the rollers 12 to 16. The supports 76 and 77 are mounted on the horizontal pedestal 2 in the same way as previously described for the roll supports 39 and 49 of the roll 16. The supports 76 and 77 can be moved simultaneously in block by means of the threaded shafts 79-79 'in the same way which has been described above for the supports 39 and 49 of the roller 16.
The axis of the mandrel 75 is parallel to the axes of the rollers 12 to 16 inclusive.
The two bearings of the mandrel 75 are designed to be moved simultaneously by their shafts and jacks in an oblique plane indicated by the dotted line M - M in FIG. 6 in order to modify the position of the mandrel 75, modification necessitated by modifications of the effective diameter of the cage formed by rollers 12, to 16 inclusive, for the production of spiral pipes of different diameters. The dashed line M - M in Figure 6 indicating the oblique plane of movement made by mandrel 75 passes through the center of the roll cage and the center line between the axes of roll 16 and rear lower roll 12 ; in Figure 6 this oblique plane is about 36 with Ia vertical.
The jacks of the two bearings at the rear end of the mandrel 75 are connected to each other, in order to move as a unit, by the shaft 83 which is connected by adequate gears to the shaft 84 on which is mounted the pulley 85. Said pulley 85 is connected by a transmission belt to an electric motor 86.
The devices serving to cause the simultaneous movement of various elements, such as bearings, by means of jacks connected to said elements do not form part of the present invention, since the various devices serving to achieve the desired aim are well known and only require elasticity
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necessary for their adaptation and mechanical use. Therefore, it is; it is unnecessary to describe them in detail in this text.
As can be seen in Figures 4, 6 and 8, the central roller or core 75 can be moved counterclockwise, observing Figure 6, by a motor 90 to. adjustable speed connected by the coupling 91 to a speed reducer 92 worm. A chain sprocket 93 wedged on the output shaft of the speed reducer 92 is connected by a chain 95 to a chain sprocket 96 wedged on the rear end of the mandrel 75 in any suitable manner.
It is evident that although no driving device is shown for any of the outer rollers 12 to 16 inclusive, said rollers can be driven, if desired, in a manner similar to that shown for mandrel 75. It should be noted that in the production of coil pipes of certain diameters and wall thicknesses, it may be unnecessary to have a central roll or mandrel driven on the strip from. from which the spiral pipe is to be manufactured is introduced inside the roller cage with sufficient force to helically wind said strip into a series of contiguous turns.
Further, it should be noted that in the production of spiral pipes of certain diameters and wall thicknesses it may be unnecessary to provide a central roll or mandrel in the machine, the strip. of metal which can be helically wound into a series of contiguous turns in the roll cage by the simple force of feeding the strip into the spiral pipe making machine.
As established above, it may be desirable to give the central roll of the mandrel, as well as possibly one or more of the outer rollers of the cage, a segmented structure in order to facilitate the movement of the turns. strip of certain diameters and wall thicknesses through the machine.
Referring to Figures 7 to 11 inclusive, which illustrate a central roll or segment type mandrel, we see that the center hub of the mandrel is a solid roll provided with an axial bore 101. The outer portion of the wheel - The water is conveniently formed by a series of eight segments 102. As shown in Figure 8, the front end of each of the segments 102 is bored so as to form an orifice allowing the passage of a rod 103 on which the segment 102 is mounted in a sliding manner. Said orifice is conveniently provided with a self-lubricating sleeve to allow easy sliding movement of segment 102 on the rod.
The rod 103 is rigidly attached at its front end to an annular ring 105, which is rigidly attached to the outer end of the hub 100 by a series of bolts 106, as shown in the figures. 9 and 10. The hub 100 is provided with a series of splines 108 and each segment 102 is provided with corresponding splines 109 formed in its internal surface.
The splines 108 and 109 serve as a guide path for a series of balls 107 forming a ball bearing intended to reduce the friction arising from the movement of the segments 102. The ball bearings 107 are kept lateral. ment by pegs 110, as illustrated in Figure 10.A. considers it advisable to fit gaskets 112 made from a suitable material to prevent the introduction of foreign objects, such as abrasion products, into the guide grooves 108 and 109 of the bearings. As seen in Figure 10, each segment 102 is connected by suitable devices such as pins 114, to the extension 116 of a piston rod of the pneumatic cylinder 117 corresponding.
Each segment 102 of the roller 75, during the rotation of the latter, is successively brought into contact with the metal strip as the latter winds helically in the roller cage, and the displacement of the metal strip.
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strip causes displacement of a segment 102 when the contact is thus made towards the front end of the roller on its rod 103. When a segment 102 of the roller is no longer in contact with the strip as a result of the rotation of the roller , said segment no longer being driven forward on its rod 103 returns to its initial position at the rear end of the roller by means of its pneumatic cylinder 117 and the piston rod 116 by which it is connected to it.
Since the pneumatic cylinders are carried by the roller 75 and rotate with it, it is necessary to have recourse to a valve device to allow the introduction and the exit of the air in each cylinder.
Such a valve device is illustrated in Fig. 11, wherein the air intake line 119 of the stationary air intake and the exhaust plate 120 are in communication with the intake plate 121. rotary cylinder provided with a series of orifices 122 which are connected by suitable pipes 125 - to the air intake valve 126 at the bottom of the piston 127 of each pneumatic cylinder 117. The intake plate 120 is maintained in sealed contact with the intake plate 121 by means of a series of compression springs 129, one end of which is housed in housings 130 provided in the spring holder 131. The opposite ends of said series of springs 129 are supported on the bearing stop 132.
The intake plate 121, the plate 120, the bearing stop 132 and the spring holder 131 are held in position between the clamps 134 and 135 mounted on the coupling sleeve 136.
It should be noted that if, in a machine for the manufacture of spiral pipes according to the present invention, the central roll or mandrel and possibly any one, several or all of the outer rollers may be of the so-called type. here "segmented", such a mandrel can easily be transformed into a solid mandrel and this, simply by moving all the segments to the most advanced position and inserting: a series of blocks at the rear ends in order to prevent any movement of said segments 102. The aforementioned blocks can be suitably held by a clamp. Obviously, it will also be necessary to disconnect the pneumatic cylinders 117.
In one type of machine, all of the rollers forming the roll cage are of the solid type. It is evident that unless one considers the possibility of using the present improved machine for the manufacture of spiral pipes of a diameter and wall thickness which make it desirable to use the tubes. segment rollers, tpus rollers will generally be of the massive type. It is clear that a roll of the "segmented" type is much more expensive to manufacture than a roll of the solid type.
Referring to Figures 1 and 2, a roll of metal strip 140 is seen mounted in a roll cradle of a well known type (not shown in the drawings) at the rear or inlet end of the unwinder and flattener machine 141 The roll cradle, unwinding device, and flattening calendar may be of any known type suitable for the intended purpose and available on the market, and do not form part of the present invention.
The metal strip, after being unwound from the coil 140; passes through a series of mechanically driven rollers 142 shown schematically in Figure 2. The metal strip is force-propelled by the planar calender through two opposing steel plates 143 and 143 'which are only spaced apart from the side. distance required by the thickness of the strip which then penetrates the machine bed by passing an inlet roller 145 over it. The inlet roller 145 is journaled at its front end in a bearing 145a with which the end is provided. upper part of shaft 146. It pivots at its rear end in a bearing 145b with which the upper part of shaft 147 is fitted.
The carrier shaft 146 is slidably mounted in a guide bearing provided in the base 39, and the carrier shaft 147 is slidably mounted in a guide bearing provided in the base 49. The intake bearing 145 is designed
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to move vertically up or down by gears engaged with the threaded lower portions of the shafts 146 and 147. The upper parts of the two rollers 145 and 16 are kept in the same plane. The flattened strip 140 goes from the plate 144 to the rollers 145 and 16 in a tangential plane at the top of the rollers.
The inlet angle at which the metal strip enters the machine to be helically bent into a series of contiguous turns depends on the width of the strip and the diameter of the pipe to be manufactured.
Therefore, the supporting frame 150 of the flattening calender 141 is mounted so as to allow rotation about a pole 151 rigidly attached to the horizontal pedestal of the pipe forming and welding machine. The supporting frame 150 is provided with rollers 153 moving on rails in an arc of a circle 154 in order to facilitate the angular displacement of the unwinder and the leveling calender to modify the angle of admission of the metal strip into the cage. rollers.
Since the pipe forming and welding machine is capable of producing spiral pipes of different diameters, it is necessary to be able to raise or lower the unwinder, the flattening calender and the tray 144 so that the introduction of the strip is always made tangentially to the upper part of the rollers 145 and 16, regardless of the de.position modification they have undergone. Said lowering and said raising of the flattening calender, and can be done by any suitable means.
Figure 1 shows somewhat schematically elevating and lowering devices consisting of a series of jacks 156 suitably mounted at the four corners of the supporting frame 150. The beams 157 on which the flattening shell is mounted are rigidly connected to the upper part of the cylinder shafts. All the jacks are connected to each other in the well-known way by suitable shafts or gears so that they can all be raised or lowered simultaneously. The jacks are operated mechanically at the same time. 'using an electric motor and an adequate reduction system connected to the devices making it possible to control the simultaneous upward movements of the jacks.
The support 161 of the front end of the tray 144 is correspondingly height adjustable in accordance with the height changes of the planer calender.
Although in the present invention the modification of the inlet angle of the strip in the pipe making machine has been described as being achieved by angular displacement of the strip coil, the flattening shell, etc., around it. a pivot fixed in the horizontal base 2 of the machine, it is clear that the same result can be obtained by angular displacements of the machine around a fixed vertical pivot, the strip coil, the flattening calender, etc., remaining fixed.
Likewise, the pipe forming and welding machine could be mounted on jacks or any similar device, and that part of the machine be raised or lowered to the desired position for the production of pipes of different diameters. so that the strip forcefully fed at a fixed level from the flattener calender, etc., enters the pipe making and tangential face welding machine at the top of the inlet roll and the bottom roll. the cage.
The strip 140 passes from the admission roller 145 over the top of the lower roller 16 then under the central roller of the mandrel 75 and then successively contacts the rollers 12, 13, 14 and 15. The lateral edges of the cor figues turns are welded. at the point indicated at "X" which is situated a little less than 180 from the incoming turn and where the front side edge of the incoming turn is welded to the rear side edge of the previous turn, said edges being exactly edge to edge in this place. It is obvious that the weld point can be made anywhere after the aforementioned weld point located at a little less than 180 from the incoming coil.
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The butt edges of the turns can be welded by any well known welding process such as arc welding, electric welding, gas welding, etc. In Fig. 1 are shown the arc welding devices, as well as a schematic representation of any of the well known weld heads 170 suitable for a weld bead 161 unwinding from the spool 172. A flux supply device 174 is connected in a well known manner through a pipe 174 to supply solder flux to the weld spot.
As mentioned above, the central roller or mandrel is provided with an axial bore 101 passing right through it. A rigid pipe 175 protruding from either side of the ends of the mandrel is provided at its front end with a support device 176 on which is mounted a small pneumatic cylinder 177 carrying a welding shoe 178 which is so placed. well known in the place where welding takes place. If the latter is water-cooled, the water intake ducts also pass through the bore 101, in addition to the air intake tube introducing the compressed air into the cylinder 177 used to hold the shoe. welding 178 in contact with the inner surface of the steel strip at the point of welding.
If desired, the butt edges of the helical turns described above can be welded internally by welders carried by the leading end of pipe 175 which extends through the central bore 101 of the roller. center of mandrel or center roll 175 and protrudes therefrom, or, if desired, the helical turns of the strip may be welded both externally and internally as described.
The horizontal pedestal 2 of the pipe forming or welding machine can be extended towards its rear end so that the mandrel and its supports can be retracted as a whole to a position behind the forming assembly. and welding proper, such that the front end of the mandrel and the front end of the pipe 175 supporting the shoe 178 and possibly the internal welding devices being in the open air.
If the difficulties occur in the weld shoe 178 area in a machine whose mandrel is not retractable, it is necessary to cut a section of the pipe around this area and make any necessary repairs or replacements while working. through the opening thus made, which constitutes a particularly inconvenient location for this work.
It has been found desirable to support the completed spiral pipe 180 as it exits the forming and welding machine by means of an adjustable support 181 of any of the well known types as illustrated in FIG. 1.
OPERATION.
The machine described here was designed for the production of spiral pipes with a diameter ranging from about 35 cm to 60 cm, from steel strip with a maximum thickness of about 6 mm.
The rollers 12-16 of the roller cage are driven simultaneously and concentrically as described below so that the actual diameter of the roller cage matches the outside diameter of the spiral pipe to be produced. The positioning of the rollers to obtain the actual diameter of the desired roller cage can be done easily by using a jig or jigs having the same diameter as that of the pipe that is to be produced. The intake roller 145 is correspondingly moved such that its upper part lies in the same plane as the upper part of the lower roller 16 of the roller cage.
For the production from steel strip of a spiral pipe of a given outside diameter, it is desirable to be able to use a
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strip width to produce the longest possible length of pipe with the smallest possible amount of welding. The admission angle of the strip varies depending on the width of the strip. For example, in the production of spiral pipes of 40 cm outside diameter from strip 80 cm in width, the inlet angle to the axis of rollers 16 to 12, etc., of the cage of rolls is 50 28 ", or 50.5; and for the production of spiral pipes 40 cm outside diameter from strip 100 cm wide the inlet angle is 37 16".
The flattening calender 141, with the strip reel 140, the platen 144, etc., is suitably moved around the pivot 151 as described above, so that the flattened strip 140 will enter the machine with it. the admission angle mathematically determined for the width of the strip used. The flattening calender 141, with the strip reel 140, and the platen 144, etc., is then raised or lowered in the manner described above such that the strip 140 enters the machine in a horizontal plane tangential to the top of the legs. rollers 145 and 16. Support 161 at the front end of platen 144 is also adjusted in accordance with changes made to platen 144, and so on.
If necessary, rollers 12-16 and 145 can be moved horizontally as described above by block movement of the roller supports at the front and rear ends of any roller whose position is to be changed.
The strip 140 is unwound by the unwinder according to the well known method and, as shown in Fig. 5, passes between the first opposing pair of driven rolls of the flattening calender 141, then through the rolls of the calender itself. , schematically indicated as the five small diameter rollers 142, and then between the second opposing pair of driven rollers. The strip is then force-fed between opposing steel plates 143 and 243 ', in a plane tangential to the top of the intake roller 145 and the lower roller 16. If desired, guide rollers or guides. Guide cheeks can be used to prevent lateral displacement of the strap and to maintain the chosen intake angle.
The strip advances from roll 16 to engage under center roll or mandrel 75 and progress from there to roll 12. The strip is set in place as described above, so as to give a curvature. - initial elevation of a greater radius than the radius of the pipe to be formed with the strip 140 which moves diagonally with respect to the longitudinal axis of said mandrel
The strip 140 is wound helically inside the roller cage in turns forming a pipe with an outside diameter corresponding to the actual diameter of the roller cage.
Since the initial curvature given to the strip is of a greater radius than the radius of the pipe to be manufactured, and since the strip thus initially curved is helically wound, while it is enclosed in the roller cage, according to a radius of curvature less than the radius of curvature initially given to the strip, the perfect roundness of the pipe and the exact maintenance of the desired diameter are ensured As can be seen in figure 2, one or more guide rollers side 180 are placed approximately where the rear edge of the strip 140 has made half of a first turn in order to ensure that the strip is held in the desired position.
It is important to note that, in the present method and in the present apparatus, the numerous rollers forming the cage with the rollers oppose a resistance to the longitudinal movement of the curved strip, resistance which is sufficient to cause the seam edge to edge of the leading edge of the turn being formed with the trailing edge of the previous turn. However, the rollers of the roller cage do not exert any circumferential resistance to the movement of the curved strip in the roller cage, which resistance will have.
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tendency to open the "joint".
It should be noted that in the methods and apparatus known heretofore for forming spiral pipes, attempts have been made to have elements causing as little friction as possible.
The touching edges of the turns are conveniently welded to each other - at a point slightly forward of the point where the edge of the forming coil has completed a half revolution, as shown in 171 in Figure 6 and in X in Figure 2.
As shown in Figure 1, said touching edges are welded to each other continuously according to the submerged arc welding technique by means of a welding head 170 of the well known type, of a wire of electrode 172, and flux supplied to the welding point in a well known manner by a flux conduit connected to the flux supply device 174.
Although mention has been made of external submerged arc welding, it is obvious that the welding of the continuous edges of the turns can be done either inside the tube, or also both internally or externally.
It is also important to note that the fact of initially giving the strip a curvature of greater radius than the radius of the pipe to be produced and of winding said strip thus initially curved helically in a series of turns while '' it is enclosed in a cage of rollers with a diameter less than the initial diameter causes to a certain extent cold working of the metal strip, and no special device is necessary to keep the edges of the turns at equal level .
Any commercially permissible curvature of 2.7 mm per meter of strip length will be absorbed, or distributed in a manner which eliminates any deleterious effect, prior to the welding operation.
It is obvious that the descriptions and the drawings given above are not limiting and that certain modifications can be made without departing from the scope and spirit of the invention.