Procédé de fabrication de tubes métalliques Il est connu de fabriquer des tubes métalliques suivant un procédé selon lequel une bande de métal en bande est déplacée longitudinalement et, pendant ce mouvement, est façonnée transversalement de fa çon à recevoir en section transversale une forme tu bulaire présentant des parties de recouvrement et dont des faces adjacentes sont unies entre elles par un métal d'union.
Il est également connu de revêtir la bande for mant le tube d'un métal d'union. Après que la bande a reçu sa forme creuse en section, elle est soumise à un traitement thermique qui provoque la fusion du métal d'union et, après que le métal s'est solidifié, les faces adjacentes sont soudées l'une à l'autre.
Le procédé de fabrication de tubes métalliques objet de la présente invention, est caractérisé en ce qu'on fait mouvoir longitudinalement une bande de métal et en .ce qu'on la façonne transversalement pendant ce mouvement pour lui donner une forme tubulaire en section présentant des portions de re couvrement tournées l'une vers l'autre, avec un des bords de la bande disposé à l'intérieur du tube et si tué au point où se trouve la portion la plus basse du tube, en ce qu'on introduit du métal d'union dans le tube en cours de façonnage et,
pendant que ce tube et le métal d'union y introduit continuent leur mou vement longitudinal avec ledit bord intérieur de la bande maintenu à la position la plus basse, en ce qu'on fait passer le tube à travers une zone de chauf fage pour fondre le métal d'union de façon qu'il pé nètre à l'état fondu entre les faces de contact du joint à établir,
au point où lesdites faces intersectent la surface intérieure du tube et près de la portion la plus basse du tube et coule à partir de ce point à travers tous les espaces interstitiels des faces d'union, et en ce qu'on fait alors passer le tube hors de la zone de chauffage pour solidifier le métal d'union et unir ainsi lesdites faces.
Une forme d'exécution de l'invention est repré sentée, à titre d'exemple, au dessin annexé dans le quel La fig. 1 est une vue générale représentant un laminoir à tubes, une zone de chauffage et un refroidisseur.
La fig. 2 est une coupe transversale, à plus grande échelle, par la ligne 2-2 de la fig. 1 et représente le tube façonné à sa sortie du laminoir, ainsi que 1a façon dont s'effectue la fourniture du métal d'union avant le traitement thermique.
La fig. .3 fait ressortir comment le façonnage de la bande est effectué par quelques-uns des premiers galets façonneurs du laminoir.
La fig. 4 représente la bande au moment où le façonnage est presque terminé.
La fig. 5 est une coupe, à plus grande échelle, par la ligne 5-5 de la fig. 1, illustrant les derniers ga lets du laminoir qui contractent et façonnent la bande, le mandrin de support du laminoir, ainsi que la façon dont le métal d'union est fourni.
La fig. 6 est une vue semblable à la fig. 2 repré sentant le tube fini.
A la fig. 1 est représentée et désignée par 1 une bobine de bande métallique, dont la bande 2 est dé roulée et entraînée à travers un laminoir à tubes pourvu d'une série de galets façonneurs désignés par 3, qui servent à façonner la bande pour lui donner une forme creuse en section. Ces laminoirs à tubes sont bien connus et, par conséquent, il n'est pas né cessaire de décrire ici d'une façon détaillée les ga lets effectuant le façonnage.
Le laminoir à tubes dif fère des laminoirs antérieurement connus en ce que la bande est façonnée de telle manière que le joint soit situé au point le plus bas du tube.
Le tube préféré est celui construit avec une dou ble paroi, comme représenté aux fig. 2 et 6. La bande est cintrée ou façonnée sur environ 720 , de sorte que le tube fini possède une couche extérieure 4 et une couche intérieure 5. Les bords de la bande sont biseautés, comme représentés aux fig. 2 et 6, et leurs biseaux sont tournés l'un vers l'autre et situés de part et d'autre d'une zone déportée de la portion inter médiaire 7 de la bande.
Cette portion intermédiaire 7 et les faces biseautées des extrémités de la bande sont indiquées en 8 et 9, ces parties 7, 8 et 9 consti tuant le joint 10.
Le laminoir à tubes façonne la bande de la ma nière indiquée aux fi-. 3 et 4. Un des bords de la bande est coudé angulairement, comme indiqué en 11, et l'autre bord est soumis en quelque sorte à une action de laminage au cours du façonnage auquel est soumise la bande pour recevoir la forme creuse en section.
Le coude 11 a pour rôle de résister aux forces de compression qui interviennent lorsque le laminage de la bande s'effectue par un mouvement dirigé en quelque sorte de gauche à droite en regar dant la fi-. 3, ce coude étant redressé au moment où le façonnage final est sur le point d'être terminé de telle sorte qu'il épouse la forme arquée des pa rois du tube et se trouve incorporé à la couche exté rieure.
Le tube est façonné autour d'un mandrin 12 qui est maintenu ancré par un support 14. Sur la majeure partie de sa longueur, le mandrin possède un diamè tre qui est moindre que le diamètre intérieur du tube, de sorte qu'il ne joue aucun rôle dans le façonnage de la bande, mais à son extrémité il possède un plus grand diamètre, comme représenté à la fig. 5. Les derniers galets 15 et 16 enserrent étroitement le tube autour de la portion de plus grand diamètre du man drin afin d'assurer le serrage des portions biseautées de la bande l'une contre l'autre.
Le mandrin est creux, c'est-à-dire qu'il présente un passage central 18, et le métal d'union a été re présenté sur le dessin comme étant sous forme d'un fil métallique 21 qui est déroulé d'une bobine 20. Ce fil 21 est.entraîné à travers le mandrin creux et est déposé à l'intérieur du tube, comme indiqué à la fig. 5, où il tombe ou descend sous l'action de la pesanteur jusqu'à une position située à ou près de la portion la plus basse du tube et à proximité du joint 10.
Le tube peut être fait à partir d'une bande d'acier, et le métal d'union peut être du cuivre. Toutefois, on peut faire usage d'autres métaux d'union, par exemple d'alliages de cuivre et de diverses soudures telle celle dite dure, dont le point de fusion est relativement élevé. Le métal de la bande peut être autre que de l'acier.
On peut par exemple faire usage de métal Monel, auquel cas il conviendrait de faire usage d'un métal d'union qui assure convenablement l'union des faces mutuellement adjacentes en métal Monel. Le métal d'union pourrait être livré sous forme d'une bande n'ayant pas la section circulaire du fil métallique ordinaire, ou bien encore à l'état finement divisé, par exemple sous forme de poudre qui serait refoulée le long du passage du mandrin.
L'ensemble du tube façonné animé d'un mouve ment longitudinal et du métal d'union qu'il renferme est alors directement introduit dans une zone de chauffage qui, de préférence, chauffe le tube par ré sistance électrique. La zone de chauffage 25, en l'oc currence un four, renferme, à titre d'électrodes, des rouleaux 26, 27 et 28,à chacun desquels est asso cié un rouleau de soutien 29, 30 et 31, respective ment. 34 désigne un transformateur dans la bobine secondaire duquel est induit un courant électrique de faible tension et de grande intensité.
Un côté du se condaire est relié par un conducteur électrique 35 au rouleau formant l'électrode extrême 28, et par un conducteur 36 au conducteur que constitue le rouleau extrême 26. L'autre côté du secondaire est relié par un conducteur 37 au rouleau ou électrode intermédiaire 27. En connectant ainsi les électrodes, on réduit au minimum les difficultés que présente le problème de l'isolement des éléments de l'appareil.
Pendant le passage du tube à travers la zone de chauffage, il est chauffé par la résistance électrique jusqu'à un point supérieur au point de fusion du métal d'union. L'atmosphère régnant à l'intérieur de la zone de chauffage est de préférence oxydante, ou non réductrice, et un gaz approprié peut être admis à cette zone par un tuyau 40. Le métal d'union. fondu descend par son propre poids à la base du tube, où se forme le joint 10. Par conséquent, ce métal fondu se crée un passage immédiat vers la face biseautée 8 du joint.
Les faces d'union du joint sont, ainsi qu'il a précédemment été expliqué, en relation de capil larité étroite et, en fait, sensiblement en contact. En raison de l'action capillaire, le métal d'union pénètre ainsi rapidement entre lesdites faces, en 8, au point où ces faces intersectent la surface intérieure du tube, et se répand circonférentiellement entre les faces ad jacentes des couches, puis entre les faces biseautées adjacentes situées en 9, les espaces interstitiels sépa rant ces diverses faces adjacentes constituant, en fait,
un espacement capillaire . Cette action est très rapide. Par exemple, lorsque la bande est en acier et que le métal d'union est le cuivre, le point est d'au tant meilleur que les faces de limitation du joint sont plus serrées ou rapprochées l'une de l'autre.
Alors même que ces faces auraient été assemblées intime ment à la presse, le cuivre se crée rapidement un pas sage entre elles et le joint final est d'autant plus so lide que les faces de limitation sont plus serrées. A mesure que le tube continue son mouvement longi- tudinal, il pénètre dans un refroidisseur 42 qu'il tra- verse. Ce dernier peut être du type à chemise de re froidissement et un liquide réfrigérant peut y être introduit par un orifice d'admission 43 et en sortir par un orifice d'échappement 44.
Les gaz du four passent à l'intérieur de ladite chemise dans la di rection du mouvement du tube et peuvent s'échapper à l'état brûlé à l'extrémité de sortie du refroidisseur.
La bande étant façonnée avec celles de ses faces destinées à former le joint placées à son point le plus bas, le joint sera maintenu à la base du tube pen dant toute la durée de son passage à travers le four. Il se produira probablement un certain degré de tor sion du tube après sa sortie du laminoir et un dépla cement résultant du joint par rapport à la position centrale inférieure exacte, comme conséquence des efforts et tensions auxquels le métal de la bande a été soumis à l'intérieur du laminoir et pendant les premiers stades du traitement thermique.
Le joint n'a toutefois pas la possibilité de s'écar ter dans une mesure exagérée de sa position extrême la plus basse et sa position est toujours telle que le métal d'union fondu pénètre dans les interstices sé parant les faces de joint. L'attraction capillaire éli mine sensiblement tout le cuivre de l'intérieur du tube, de sorte qu'il n'en reste pas sous forme de petites flaques ou gouttelettes.
Les surfaces intérieures de la couche intérieure 5 situées au voisinage du joint peuvent être revêtues d'une très mince pellicule de cuivre résiduel après que le cuivre fondu a pénétré entre les faces d'union, mais cette pellicule est extrê mement mince et ne constitue guère plus qu'une co loration cuivrée.
De préférence, la quantité de cuivre fournie, qui peut être déterminée par la section trans versale du fil, sera de préférence choisie exactement, en relation avec le diamètre du tube, de façon que la quantité de cuivre présente soit suffisante pour rem plir entièrement tous les interstices séparant les faces d'union du joint sans excès sensible. Le cuivre ne risque pas de s'échapper à l'extérieur des faces bi seautées 9, parce que l'action capillaire cesse là où lesdites faces intersectent la surface périphérique ex térieure du tube.
Method of manufacturing metal pipes It is known to manufacture metal pipes by a method in which a strip of metal strip is moved longitudinally and, during this movement, is shaped transversely so as to receive in cross section a tubular shape having covering parts and whose adjacent faces are joined to one another by a joining metal.
It is also known practice to coat the strip forming the tube with a joining metal. After the strip has received its hollow sectional shape, it is subjected to a heat treatment which causes the joining metal to melt, and after the metal has solidified, the adjacent faces are welded together. other.
The method for manufacturing metal tubes which is the subject of the present invention is characterized in that a metal strip is moved longitudinally and in that it is shaped transversely during this movement to give it a tubular shape in section having covering portions turned towards each other, with one of the edges of the strip disposed inside the tube and if killed at the point where the lowest portion of the tube is located, in that union metal in the tube being shaped and,
while this tube and the joining metal introduced therein continue their longitudinal movement with said inner edge of the strip maintained at the lowest position, in that the tube is passed through a heating zone to melt the joining metal so that it penetrates in the molten state between the contact faces of the joint to be established,
at the point where said faces intersect the inner surface of the tube and near the lowermost portion of the tube and flow from that point through all the interstitial spaces of the union faces, and in that the tube out of the heating zone to solidify the joining metal and thus unite said faces.
An embodiment of the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawing in which FIG. 1 is a general view showing a tube rolling mill, a heating zone and a cooler.
Fig. 2 is a cross section, on a larger scale, by line 2-2 of FIG. 1 and shows the shaped tube as it leaves the rolling mill, as well as the way in which the supply of the joining metal takes place before the heat treatment.
Fig. .3 shows how strip shaping is performed by some of the first mill rollers.
Fig. 4 shows the web at the time when shaping is almost finished.
Fig. 5 is a section, on a larger scale, by line 5-5 of FIG. 1, illustrating the last rollers of the rolling mill which contract and shape the strip, the supporting mandrel of the rolling mill, as well as how the joining metal is supplied.
Fig. 6 is a view similar to FIG. 2 representing the finished tube.
In fig. 1 is represented and designated by 1 a coil of metal strip, the strip 2 of which is unwound and driven through a tube rolling mill provided with a series of shaping rollers designated by 3, which serve to shape the strip to give it a hollow shape in section. These tube rolling mills are well known and, therefore, it is not necessary to describe here in detail the rolls performing the shaping.
The tube rolling mill differs from previously known rolling mills in that the strip is shaped in such a way that the joint is located at the lowest point of the tube.
The preferred tube is the one constructed with a double wall, as shown in figs. 2 and 6. The strip is bent or shaped over approximately 720 so that the finished tube has an outer layer 4 and an inner layer 5. The edges of the strip are bevelled, as shown in Figs. 2 and 6, and their bevels are turned towards each other and situated on either side of a zone offset from the intermediate portion 7 of the strip.
This intermediate portion 7 and the bevelled faces of the ends of the strip are indicated at 8 and 9, these parts 7, 8 and 9 constituting the seal 10.
The tube rolling mill shapes the strip as shown in Figs. 3 and 4. One of the edges of the strip is angled angularly, as indicated at 11, and the other edge is subjected in some way to a rolling action during the shaping to which the strip is subjected to receive the hollow shape in section. .
The role of the elbow 11 is to resist the compressive forces which occur when the rolling of the strip is effected by a movement directed in a way from left to right looking at the fi. 3, this elbow being straightened as the final shaping is about to be completed so that it conforms to the arched shape of the walls of the tube and is incorporated into the outer layer.
The tube is shaped around a mandrel 12 which is held anchored by a support 14. Over most of its length, the mandrel has a diameter which is less than the inside diameter of the tube, so that it does not play. no role in the shaping of the strip, but at its end it has a larger diameter, as shown in fig. 5. The last rollers 15 and 16 tightly grip the tube around the larger diameter portion of the handle to ensure that the bevelled portions of the band are clamped against each other.
The mandrel is hollow, that is to say it has a central passage 18, and the joining metal has been shown in the drawing as being in the form of a metal wire 21 which is unwound from a spool 20. This wire 21 is drawn through the hollow mandrel and is deposited inside the tube, as shown in FIG. 5, where it falls or descends under the action of gravity to a position at or near the lowermost portion of the tube and near the joint 10.
The tube can be made from a steel strip, and the joining metal can be copper. However, use can be made of other bonding metals, for example copper alloys and various welds such as the so-called hard one, the melting point of which is relatively high. The metal of the strip can be other than steel.
For example, use can be made of Monel metal, in which case it would be appropriate to use a joining metal which suitably ensures the union of the mutually adjacent faces of Monel metal. The joining metal could be delivered in the form of a strip not having the circular section of ordinary metal wire, or even in the finely divided state, for example in the form of powder which would be forced along the passage of the wire. mandrel.
The whole of the shaped tube animated by a longitudinal movement and of the joining metal which it contains is then directly introduced into a heating zone which, preferably, heats the tube by electrical resistance. The heating zone 25, in this case an oven, contains, as electrodes, rollers 26, 27 and 28, to each of which is associated a support roll 29, 30 and 31, respectively. 34 designates a transformer in the secondary coil of which an electric current of low voltage and high intensity is induced.
One side of the secondary is connected by an electrical conductor 35 to the roller forming the end electrode 28, and by a conductor 36 to the conductor that constitutes the end roller 26. The other side of the secondary is connected by a conductor 37 to the roller or intermediate electrode 27. By connecting the electrodes in this way, the difficulties presented by the problem of isolating the elements of the apparatus are reduced to a minimum.
As the tube passes through the heating zone, it is heated by the electrical resistance to a point above the melting point of the joining metal. The atmosphere prevailing inside the heating zone is preferably oxidizing, or not reducing, and an appropriate gas can be admitted to this zone through a pipe 40. The joining metal. The molten metal descends by its own weight to the base of the tube, where the seal 10 is formed. Consequently, this molten metal creates an immediate passage towards the bevelled face 8 of the seal.
The union faces of the seal are, as previously explained, in close capillary relationship and, in fact, substantially in contact. Due to the capillary action, the joining metal thus penetrates rapidly between said faces, in 8, at the point where these faces intersect the inner surface of the tube, and spreads circumferentially between the adjacent faces of the layers, then between the sides. adjacent bevelled faces located at 9, the interstitial spaces separating these various adjacent faces constituting, in fact,
capillary spacing. This action is very fast. For example, when the strip is steel and the joining metal is copper, the point is that the limiting faces of the joint are tighter or closer together.
Even though these faces would have been assembled intimately with the press, the copper quickly creates a wise pitch between them and the final joint is all the more solid as the limiting faces are tighter. As the tube continues its longitudinal movement, it enters a cooler 42 which it passes through. The latter may be of the cooling jacket type and a refrigerant liquid may be introduced into it through an intake port 43 and out through an exhaust port 44.
Furnace gases pass inside said jacket in the direction of tube movement and can escape in a burnt state at the outlet end of the cooler.
The strip being shaped with those of its faces intended to form the seal placed at its lowest point, the seal will be maintained at the base of the tube during the entire duration of its passage through the oven. There will likely be some degree of tube twisting after it exits the rolling mill and resulting displacement of the joint from the exact lower center position, as a consequence of the stresses and strains to which the strip metal has been subjected. inside the rolling mill and during the early stages of heat treatment.
The gasket, however, does not have the possibility of deviating to an exaggerated extent from its lowest extreme position and its position is always such that the molten joining metal enters the interstices between the gasket faces. The capillary attraction removes substantially all of the copper from inside the tube, so that none of it remains in the form of small puddles or droplets.
The inner surfaces of the inner layer 5 located in the vicinity of the joint may be coated with a very thin film of residual copper after the molten copper has penetrated between the union faces, but this film is extremely thin and hardly constitutes more than a copper color.
Preferably, the amount of copper supplied, which can be determined by the cross section of the wire, will preferably be chosen exactly, in relation to the diameter of the tube, so that the amount of copper present is sufficient to completely fill all of them. the interstices separating the union faces of the seal without appreciable excess. There is no risk of copper escaping outside the bi-sided faces 9, because the capillary action ceases where said faces intersect the outer peripheral surface of the tube.