<B>Procédé de fabrication d'un tube et tube obtenu par ce procédé</B> La présente invention a pour objets un procédé de fabrication, à partir d'une bande d'acier, d'un tube soudé et le tube ainsi obtenu.
Ce procédé sert notamment à la fabrica tion de tubes de diamètre relativement petit, ayant par exemple un diamètre extérieur d'en viron 16 mm et formés, dans ce cas, à partir d'une bande d'acier d'une épaisseur d'environ 0,9 mm.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on fait avancer la bande dans le sens longitudinal, on la replie en amenant ses bords longitudinaux en regard l'un de l'autre, de manière à donner à la bande la forme d'un tube, on soude les bords en regard par résistance électrique en des points espacés dans le sens longitudinal du tube, en laissant entre les points de sou dure des portions dont les bords ne sont pas soudés, on chauffe le tube au moins au voisi nage desdits bords et l'on presse ces bords l'un contre l'autre, le tout de telle façon que ces bords se déforment plastiquement en se soudant et qu'une recristallisation soit provo quée à partir des points de soudure servant de centres,
l'intervalle entre les points de soudure étant choisi de telle façon que la recristallisa- tion se propage complètement d'un point de soudure à l'autre.
L'invention a également pour objet le tube obtenu par le procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il consiste en une bande enroulée dans le sens de sa largeur et dont les bords longi tudinaux sont réunis par soudure. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une machine permettant une mise en aeuvre du procédé objet de l'invention, et une forme d'exécution du tube objet de l'in vention.
La fig. 1 représente schématiquement la dite machine ; les fig. 2 à 4 représentent des stades de la fabrication d'un tube ; la fig. 5 est une -vue perspective d'un tube fini ; les fig. 6 et 7 illustrent deux variantes de mise en aeuvre du procédé; les fig. 8 à 10 représentent la structure cristalline d'un tube à des stades différents de la fabrication.
La machine représentée à la fig. 1 com prend plusieurs cylindres de façonnage 1, qui déroulent une bande d'acier 2 d'une bobine 3 et qui font avancer cette bande dans le sens longitudinal en repliant les bords longitudi naux de celle-ci pour lui donner la forme d'un tube 5. Avant que ce tube soit fermé, on y introduit un gaz non oxydant ou réducteur par un tuyau 6, ce gaz ayant pour but de nettoyer les surfaces et d'empêcher la formation d'oxydes lors du soudage.
Des électrodes rotatives 8 de soudure par résistance électrique sont disposées à la suite des cylindres de façonnage ; ces électrodes viennent en contact avec le tube de chaque côté des bords en regard du tube, en exerçant une pression sur le tube qui s'appuie contre des cylindres 9. On fait passer de préférence un courant alternatif dans les électrodes 8 qui soudent par points les bords en des points espacés 10 entre lesquels se trouvent des por tions dont les bords, tout en étant en contact étroit, ne sont pas soudés (fig. 2). L'espace ment des points de soudure est déterminé, pour une vitesse donnée de déroulement de la bande, par la fréquence du courant de sou dage, fréquence qu'on peut régler selon les besoins.
La machine comprend, à la suite des élec trodes de soudure, un dispositif de chauffage par résistance électrique comprenant une en veloppe 15 munie d'un manchon d'entrée 16 par lequel passe le tube soudé par points. L'enveloppe contient des électrodes en forme de galets, en face de chacun desquels se trouve un galet de support. Une des bornes de la sortie d'un transformateur 16' est con nectée à l'électrode intermédiaire 18 et l'autre borne à l'électrode postérieure 17 et à l'élec trode antérieure 19. Ces électrodes s'appuient sur les bords du tube, de sorte que celui-ci est chauffé à peu près uniformément le long de ses portions adjacentes à ces bords.
Immédiatement après les électrodes et de préférence à l'intérieur de l'enveloppe, se trouve un dispositif servant à presser les bords du tube l'un contre l'autre, afin de provoquer une déformation plastique de ces bords. Ce dispositif comprend au moins deux cylindres 20. On introduit dans l'enveloppe 15 un gaz non oxydant ou réducteur qui peut arriver par un tuyau 21 et s'échapper par le manchon d'entrée 16 ; s'il s'agit d'un gaz réducteur, celui-ci brûle en sortant par ledit manchon. A la suite du four se trouve un refroidis- seur à eau comprenant un tuyau intérieur 22 dans lequel passe le tube et autour duquel -une enveloppe 23 délimite une chambre d'eau.
L'eau de refroidissement peut arriver à cette chambre par un tuyau 24 et sortir par un tuyau 26. Des cylindres d'entraînement et de redressement 30 sont disposés à la sortie du refroidisseur. L'extrémité de sortie 31 du re froidisseur est de section réduite et en outre la longueur du refroidisseur est considérable, de sorte que l'extrémité d'entrée de l'enve loppe 15 est plus près du tuyau 21 d'admis sion du gaz que l'extrémité de sortie du re froidisseur, ce qui permet à ce gaz de s'échapper par le manchon 16.
Les points de soudure n'ont pas seulement la fonction de maintenir les bords du tube en contact étroit, mais aussi celle de servir de centres à partir desquels, dans des conditions données, le phénomène de la recristallisation provoque la croissance de nouveaux grains dans les bords en contact étroit mais encore non soudés.
Le phénomène de la recristallisation con siste dans la croissance de nouveaux cristaux dans les solides à une température inférieure au point de fusion. Pour que la recristallisa- tion se produise, deux conditions doivent être remplies : 1. Un état d'instabilité doit exister ou s'établir dans le solide, et 2. une tempéra ture limite inférieure appropriée doit être at teinte ou dépassée. Un état d'instabilité peut exister dans un solide du fait : a) de tensions internes résiduelles, et b) de variations de la teneur en éléments d'alliage ou éventuellement d'impuretés.
Un état d'instabilité peut s'éta blir dans un solide du fait : c) d'efforts résul tant d'une dilatation thermique irrégulière ; d) d'une modification de la forme cristalline dans le cas de substances allotropiques, et e) de l'application de forces extérieures de dé formation.
Le fer est une substance allotropique dont les diverses phases sont stables dans certains intervalles de température qui sont les sui vants
EMI0003.0000
<I>Forme <SEP> Limite</I>
<tb> <I>Phase <SEP> cristalline <SEP> de <SEP> stabilité <SEP> en <SEP> 0 <SEP> C</I>
<tb> Alpha <SEP> Cubique
<tb> à <SEP> volume <SEP> centré <SEP> au-dessous <SEP> de <SEP> 9100
<tb> Gamma <SEP> Cubique
<tb> à <SEP> face <SEP> centrée <SEP> 910 <SEP> à <SEP> 1400
<tb> Delta <SEP> Cubique
<tb> à <SEP> volume <SEP> centré <SEP> 14000 <SEP> à <SEP> 1535 Etant donné ce qui a été dit sous d), le fer (et aussi l'acier pauvre en carbone, pour lequel valent, sauf en ce qui concerne les limites de stabilité, les considérations faites au sujet du fer)
peut donc théoriquement recristalliser complètement, c'est-à-dire les cristaux peuvent croitre dans les bords du tube et former une soudure sans qu'une déformation plastique soit nécessaire. Cette recristallisation n'est guère susceptible de se produire dans une large me sure au passage de la phase alpha à la phase gamma à 9100 C, car la vitesse de recristalli- sation est lente à cause de la faible mobilité des atomes de fer à cette température, ainsi que de la faible mobilité et du défaut de ten dance à la coalescence des impuretés et des inclusions de gaz se trouvant entre lesdits bords.
Les mêmes inconvénients se présentent, mais dans une mesure inférieure, si l'on chauffe le fer à une température supérieure à 1400 C, pour le faire passer de la phase gamma à la phase delta. En effet, les bords du tube présentent des pellicules d'oxydes, de nitrures, de gaz absorbés, etc., qui forment un obstacle à la croissance des cristaux à une température inférieure au point de fusion.
Si la croissance des cristaux a commencé en un ou plusieurs points et si les bords du tube sont en contact étroit (aux couches minces d'impu retés ou d'atomes étrangers près), on peut, en maintenant le tube à une température élevée et/ou en faisant varier plusieurs fois la tem pérature du tube entre deux valeurs situées respectivement au-dessous et au-dessus d'une des températures correspondant à une modifi cation de phase, provoquer l'agglomération des impuretés et l'accroissement des cristaux. Bien entendu, cette solution n'est pas applicable à une opération industrielle à grande vitesse.
Suivant l'invention, on fait subir au tube à souder une déformation plastique après chauffage à la température de recristallisation. La déformation plastique accélère le phéno mène de recristallisation et en outre contribue à briser les obstacles constitués par les oxydes, nitrures, gaz absorbés, etc.
Les points de soudure sont espacés l'un de l'autre de telle façon que la recristallisation progresse complètement d'un point de sou dure au suivant. L'intervalle entre les points de soudure peut être de 6 à 8 mm environ. La température de chauffage du tube est com prise entre les limites de l'état gamma, de pré férence égale à environ 13150 C. Pendant que le tube est à cette température, les cylindres 20 déforment plastiquement les bords du tube et les cristaux grossissent à partir des points de soudure, dans toutes les directions. Cette croissance des cristaux est très rapide et il est difficile de l'interrompre, sauf lorsque des im puretés d'une sorte quelconque s'y opposent.
Sur la fig. 3, les zones en pointillé 35 corres pondent à des portions dans lesquelles la re- cristallisation s'est déjà produite, et sur la fig. 4, la zone totale en pointillé 36 indique que la recristallisation est complète. Les cris taux ont grossi dans les bords non soudés jus qu'à ce que ceux-ci se soient réunis ou soudés.
Si l'on chauffe le tube uniformément sur toute sa périphérie, la déformation plastique a tendance à se répartir uniformément sur toute la périphérie du tube et la recristallisation se produit aussi sur toute la périphérie. Il n'en résulte pas de conséquence nuisible en soi dans le tube, pourvu que la déformation plas tique soit suffisante pour que les cristaux de recristallisation soient petits et qu'on obtienne un degré élevé d'isotropie dans le tube fini.
Mais en principe, la déformation plastique n'est nécessaire qu'au voisinage immédiat des bords du tube.
Dans certains cas, par exemple dans celui d'un tube à paroi mince et de petite section, le tube est très mou et fragile lorsqu'on le chauffe sur toute sa périphérie à la haute tem pérature qui convient à la recristallisation, et il peut être difficile de produire une forte dé formation en une seule passe sans risquer d'endommager le tube formé. Il peut être avantageux dans ce cas de produire une dé formation localisée au voisinage immédiat des bords du tube. La fig. 6 illustre une variante de mise en oeuvre du procédé, permettant d'arriver à ce résultat. Les bords du tube 5b ont une forme en quelque sorte ondulée, comme l'indique la figure de façon exagérée. Ces bords comportent des portions 40 soudées entre elles par points.
Les bords 41 des por tions intermédiaires, en regard l'un de l'autre, sont séparés par un intervalle. Lorsqu'on chauffe ce tube et qu'on lui fait subir un effort de compression, il se produit une déformation plastique relativement forte dans la région des points de soudure, donnant lieu à une recris- tallisation locale marquée. Cette déformation plastique a en outre pour effet de fermer les dits intervalles en amenant les bords 41 en contact entre eux ;les points de soudure cons tituent des centres d'où part la recristallisa- tion, qui se propage dans toutes les directions, en soudant entre eux les bords 41.
La fig. 7 illustre une autre variante du procédé, suivant laquelle on utilise une bande d'acier dont les bords 42 sont dentelés. Ces bords sont soudés par points 10 comme pré cédemment et pressés ensuite l'un contre l'au tre, ce qui provoque un aplatissement des dents de ces bords. Les points de soudure ser vent comme précédemment de centres de re- cristallisation. Cependant, la variante de la fig. 7 peut donner lieu à un épaississement de la paroi du tube le long de la soudure.
Les fig. 8, 9 et 10 sont des reproductions de microphotographies avec un grossissement de 100 diamètres, représentant la structure des cristaux du tube à des stades différents de la fabrication. La ligne de séparation des bords apparaît sur la fig. 8, sur laquelle on aperçoit nettement une ligne de clivage de la structure cristalline. Cette ligne représente les bords des portions entre les points de soudure avant la soudure finale et le traitement thermique. Les mêmes bords apparaissent sur la fig. 9 avant la soudure et après le traitement thermique ou de recuit à 815() C environ.
La fig. 10 représente la structure du métal du tube fini, après que celui-ci a subi un re cuit à 1150 C environ ; la ligne de séparation des bords a complètement disparu et la struc ture dans la portion soudée du tube est homo gène.