Procédé de soudage d'un organe de forme allongée sur une surface courbe et appareil pour sa mise en aeuvre La présente invention a pour objet un procédé de soudage d'un organe de forme allongée sur une surface courbe et un appareil pour sa mise en oeuvre. Cette invention est particulièrement utile lorsqu'il s'agit de souder une bande, par un de ses bords, sur un organe métallique tel qu'un tube, un tuyau ou un cylindre de façon que la bande entoure héli- coïdalement ce second organe pour former une ailette destinée à faciliter la transmission de chaleur.
Le soudage d'une bande métallique, par un de ses bords, sur la surface courbe d'un organe métal lique tel qu'un cylindre ou un tube, présente une grande difficulté qui n'a pas été surmontée jusqu'à maintenant, ceci notamment dans le cas où la bande est très large ; en effet, la bande tend à se distordre lorsqu'elle est appliquée contre la surface courbe du second organe ou enroulée autour de ce dernier.
Le procédé selon l'invention permet d'éliminer cette difficulté en utilisant, pour effectuer la sou dure, un courant à haute fréquence et en l'appli quant de façon qu'il serve également à chauffer la partie de l'organe de forme allongée qui est située à l'opposé du bord où s'effectue la soudure, cette partie étant chauffée à une température telle qu'elle puisse facilement être étirée relativement au bord qui doit être soudé, ceci afin que cet organe ne soit pas distordu lorsqu'il est appliqué contre la sur face courbe dans la position où il doit être soudé.
Le procédé selon l'invention est très économique et permet d'obtenir, dans le cas où on part d'une bande de section rectangulaire, une ailette qui va en s'amincissant de son bord soudé à son bord extérieur. Ceci permet de construire par exemple des tubes de radiateurs à ailettes dans lesquels l'ailette peut être soudée plus solidement et offre une plus grande surface rayonnante, ceci tout en utilisant la même quantité de métal pour former l'ailette.
Le procédé selon l'invention, dans lequel on fait avancer l'organe de forme allongée, on le courbe et on l'applique par un de ses bords sur la surface courbe que l'on fait avancer en même temps que l'organe de forme allongée, est caractérisé \en ce qu'on applique un courant à haute fréquence respec tivement à l'organe de forme allongée et à la surface courbe en des points situés en avant du point où l'organe de forme allongée vient s'appliquer sur la surface courbe, pour chauffer ledit bord et la partie de la surface courbe qui est située en regard de ce bord, de manière qu'ils soient portés à la tempéra ture de soudage au point de soudage situé à l'endroit où les deux parties viennent en contact, le courant étant appliqué à.
l'organe de forme allongée par l'autre bord de celui-ci, de façon que le courant s'écoule de cet autre bord vers le premier bord mentionné en passant sur la surface de l'organe de forme allongée, le courant s'écoulant ensuite le long de ce premier bord jusqu'au point de soudage et ensuite de ce point de soudage vers l'autre point de la surface courbe en passant par cette surface, la fréquence de ce courant étant d'au moins 50 000 cycles par seconde et étant suffisante pour ramollir l'organe de forme allongée le long de son second bord mentionné,
de façon que ce second bord puisse être facilement étiré lorsque l'organe de forme allon- gée est plié sur la surface-courbe. .
Jusqu'à maintenant, lorsqu'on soudait à l'aide d'un courant à haute fréquence, on l'appliquait en des points voisins des bords opposés qui doivent être soudés ensemble, de façon que ceux-ci soient chauf fés de façon efficace. On a constaté que, lorsque le contact appliqué à la bande est situé sur le bord opposé à celui qui est soudé et que le courant a la fréquence indiquée ci-dessus, un courant suffisant s'écoulera vers le bord opposé et plus ou moins dia- gonalement le long des surfaces de la bande vers une région située peu en avant du point de soudage.
On a trouvé que, de cette façon, il est possible non seulement d'amener le bord qui doit être soudé à la température voulue, mais également de chauffer des régions plus éloignées du point de soudage et parti culièrement le bord opposé, ces régions étant chauf fées à une température suffisante pour en permettre l'étirage sans rupture et par conséquent pour éviter une distorsion du métal. Des rouleaux peuvent, par exemple, être appliqués contre ce bord afin de l'arrondir ou de l'amincir.
Lorsqu'une bande est pliée autour d'une surface courbe en appuyant sur celle-ci par l'un de ses bords, c'est le bord opposé qui sera soumis à la plus forte extension et qui tendra le plus à se rom pre s'il est maintenu à la température normale. L'expérience a montré que le procédé selon l'inven tion est particulièrement bien adapté pour chauffer ce bord extérieur à une température supérieure à celle à laquelle est amenée la région de l'organe de forme allongée comprise entre les deux bords. Ceci est dû vraisemblablement en partie au fait que, pour les fréquences indiquées ci-dessus, le courant tend à se concentrer sur les bords de l'organe de forme allongée, qui peut être une bande, plutôt qu'en son centre.
En outre, étant donné que la région exté rieure de la bande n'est en contact que d'un côté avec une région adjacente de la bande (la région extérieure étant en contact avec l'atmosphère de l'autre côté), la chaleur aura moins tendance à rayonner de la région extérieure de la bande vers une région adjacente que cela n'est le cas pour la région médiane de la bande. Pour cette raison égale ment, la région extérieure de la bande pourra être chauffée à une température supérieure à celle à laquelle est chauffée la région médiane de la bande. En outre, le bord qui doit être soudé ne sera soumis à aucune extension et pourra même être soumis à une compression, ainsi la bande demeurera plus épaisse à son bord qui doit être soudé qu'au bord extérieur.
L'organe de forme allongée qui doit être soudé n'est pas nécessairement plein mais peut être creux et de section transversale autre que rectangulaire ; mais, dans tous les cas, une distorsion de l'organe sera évitée lorsqu'on utilise le procédé selon l'inven tion.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil pour la mise en aeuvre du procédé selon l'invention ; la fig. 1 est une vue en élévation de cette forme d'exécution ; la fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1 ; la fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la fig. 2 et la fig. 4 est une vue en élévation de l'extrémité d'un tube muni d'une ailette et qui a été obtenu par le procédé qui va être décrit.
La fi-. 1 représente un tronçon de tube 10 sur lequel on est en train de souder une ailette de transmission de chaleur 11 ; cette figure montre éga lement un tronçon de tube 12 sur lequel l'ailette a déjà été soudée et un tronçon de tube 13 qui est en train de pénétrer dans l'appareil.
Le tube ou les tronçons de tube 10, 12 et 13 peu vent être mis en rotation et avancer simultanément à l'aide de mécanismes de différents types. Comme représenté, le tronçon 10 par exemple est supporté et avancé par plusieurs rouleaux obliques 14, 14a, 14b, 14c disposés autour de la périphérie du tron çon 10 ; ces rouleaux sont appliqués élastiquement contre la surface du tronçon 10 de façon que le frottement soit suffisant pour faire avancer le tronçon 10 dans la direction indiquée par la flèche 15 et également pour le faire tourner autour de l'axe longitudinal à une vitesse déterminée.
Le tronçon 10 est en outre guidé le long de sa trajectoire par des, rouleaux 16, 16a et<I>16b,</I> lesquels viennent engager la surface du tronçon dans les intervalles délimités par l'ailette.
Afin que l'appareil puisse travailler de façon con tinue, le tronçon de tuyau 13 et les tronçons qui le suivent sont introduits dans l'appareil par des moyens de guidage 17, qui sont constitués par des rouleaux, et par des rouleaux inclinés 18, 18a, 18b et 18c similaires aux rouleaux 14 qui coopèrent avec le tronçon de tuyau 10. Les rouleaux 18 enga gent fermement le tronçon de tuyau 13 et le font tourner de préférence à la même vitesse que le tron çon 10 mais le font avancer à une vitesse légèrement supérieure à celle du tronçon 10 de façon que l'extrémité avant 19 de ce tronçon 13 vienne cons tamment s'appliquer contre l'extrémité arrière 20 du tronçon de tuyau 10 et tendent à pousser ce dernier vers le poste de soudage.
La résistance offerte par le tronçon de tuyau 10 à l'avancement du tronçon 13 aura pour résultat que les deux tronçons avanceront à la même vitesse dès qu'ils seront en contact.
Comme représenté à la gauche de -la fig. 1, le tronçon de tuyau 12 sur lequel l'ailette a déjà été soudée, peut être avancé par des moyens mécaniques ou manuellement de façon à laisser un intervalle 21 entre l'extrémité avant du tronçon 10 et l'extrémité arrière du tronçon 12 ; une partie 22 de l'ailette tra verse initialement cet espace mais peut ensuite être coupée en 23 pour séparer le tronçon 12 du tronçon suivant 10. Aux extrémités avant et arrière de cha cun des tronçons, l'ailette peut être appliquée sur ces tronçons sans être soudée, ceci sur une distance correspondant à un ou plusieurs tours de l'ailette. Ceci permet aux tronçons adjacents d'être écartés comme représenté en 21 et ensuite à l'ailette d'être coupée comme représenté en 23.
Les tours non sou dés de l'ailette peuvent être sectionnés de façon à dégager les extrémités des tronçons de tuyau afin de leur permettre d'être raccordés à d'autres tuyaux par filetage, soudage, frettage, etc.
La fig. 2 montre comment la bande ou ruban 11a destinée à former l'ailette 11 est tirée vers le point de soudage indiqué en w, le ruban, avant d'être soudé, étant disposé dans un plan sensible ment perpendiculaire à l'axe du tronçon de tuyau 10. Le ruban lla est guidé et pressé fermement contre le point de soudage par un rouleau rainuré 25.
Pour commencer une opération de soudage, on fixe l'extrémité du ruban lla sur la surface d'un tronçon 10, par exemple en le soudant, de sorte que lorsque ce tronçon est mis en rotation et avancé, il tire le ruban 11a dont le bord inférieur 26 vient engager tangentiellement le tronçon de tuyau au point de soudure w pour y être soudé. Le bord supérieur 26a du ruban coopère avec le rouleau de guidage 25 comme représenté à la fig. 3.
Le ruban l la est soudé aux tronçons de tuyau de la façon suivante. Deux électrodes 30 et 31 sont reliées respectivement aux bornes d'une source de courant à haute fréquence, cette fréquence étant d'au moins 50 000 cycles par seconde et pouvant être beaucoup plus élevée, par exemple être comprise entre 350 000 et 450 cycles par seconde. Ces électrodes sont refroidies par un fluide circulant dans des canalisations 32 et elles comprennent cha cune une semelle 33, 34, pouvant supporter des tem pératures élevées et résistant à l'usure. La semelle 34 de l'électrode 30 engage le tronçon de tuyau en un point situé sensiblement en avant du point de sou dure w, tandis que la semelle de l'électrode 31 engage le ruban l l a par son bord supérieur 26a.
En consé quence, le courant en provenance de la source à haute fréquence passera par la semelle 34, une par tie circonférentielle 35 de la surface du tronçon de tuyau, le point de soudure, le long du bord infé rieur 26 du ruban j l a sur une courte distance, obli- quement dans une partie 36 du ruban et enfin par la semelle 33. En utilisant une intensité du courant à haute fréquence suffisante, le bord inférieur 26 du ruban et la surface supérieure du tronçon de tuyau seront chauffés à la température de soudage au point w. En même temps, les parties supérieures du ruban 1 l a sont chauffées à une température inférieure à la température de soudage, mais suffi sante pour ramollir ces parties supérieures.
Seules, les parties adjacentes au point de soudure w seront amenées à la température de soudage, par exemple sur une profondeur de l'ordre de 2 à 3 centimètres de millimètre ; les parties de métal situées plus pro fondément resteront à l'état solide et permettront d'appliquer l'une contre l'autre les surfaces qui doi vent être soudées ensemble, une pression déterminée devant être exercée par le ou les rouleaux agissant dans cette région afin d'obtenir le résultat voulu.
Etant donné que la partie marginale supérieure du ruban lla est ramollie lorsqu'elle arrive au droit du rouleau de pression 25, cette partie peut être étirée afin de permettre au ruban bien qu'il puisse être très large, d'être incurvé autour du tronçon de tuyau 10. Ceci n'a pas seulement pour consé quence d'éviter une distorsion du ruban lorsqu'il est enroulé, mais également d'amincir la partie margi nale supérieure du ruban à l'endroit où elle vient s'engager dans la rainure du rouleau de pression 25, comme représenté à la fig. 3.
Ceci constitue un avantage, car pour obtenir un bon pouvoir de trans mission de la chaleur, il n'est pas nécessaire que la partie marginale extérieure de l'ailette soit aussi épaisse que la partie marginale intérieure qui est soudée au tronçon de tuyau.
Il y a lieu de remarquer que la partie du ruban lla située entre les deux bords sera chauffée à une température inférieure à celle à laquelle est chauffée la région marginale supérieure et, bien entendu, à une température très inférieure à celle à laquelle est chauffé le bord inférieur qui doit pou voir être soudé. Ceci est dû au fait que pour les fréquences indiquées ci-dessus, le courant s'écoulera le long des lignes 36 (voir fig. 2) et provoquera bien l'échauffement de la partie intermédiaire du ruban, mais qu'une partie importante de cette chaleur s'écoulera dans les régions adjacentes du ruban.
En outre, le courant circulant dans le bord supé rieur du ruban 11a y provoquera, en raison des effets d'induction et de peau et également en raison du fait que le bord supérieur est en contact avec l'atmosphère (au lieu d'être entouré par d'autres parties métalliques du ruban) un échauffement plus élevé que celui de la partie intermédiaire du ruban et par conséquent un ramollissement de cette partie marginale supérieure. La surface du bord infé rieur 26b du ruban viendra en fusion au moment où il atteint le point de soudage. Ceci est dû aux effets d'induction mutuels intenses du courant haute fréquence circulant sur les bords opposés de la région allant en s'amincissant vers le point de sou dure.
L'effet d'induction mutuel a pour résultat de concentrer le courant sur les surfaces qui s'appro chent du point de soudage. Il y a lieu de noter que, bien qu'on utilise l'expression point de soudage, le soudage s'effectue en réalité le long d'une ligne de petite longueur, transversale au bord inférieur du ruban.
Il y a lieu de noter qu'en général le tronçon de tuyau 10 ou l'organe présentant une surface courbe sur laquelle le ruban doit être soudé est massif, de sorte qu'une grande partie de la chaleur développée le long de la partie 35 par le courant à haute fré quence sera dissipée. Pour cette raison, il est néces saire que l'électrode 30 et sa semelle 34 soient situées suffisamment en avant du point de soudure afin que le chemin de chauffage 35 soit suffisamment long pour que la température de soudage puisse être atteinte au point de soudage<B>;</B> ce chemin 35 sera généralement quelque peu plus long que le chemin de chauffage le long du bord inférieur 26J du ruban.
Ceci est dû au fait que la quantité de cha- leur dissipée par le ruban est plus faible que celle dissipée par le tronçon de tuyau, étant donné que la section transversale du ruban est plus faible que la section transversale du tronçon de tuyau. Une autre raison pour laquelle le chemin le long du bord infé rieur 26b du ruban est plus court que le chemin 35 est que le courant va en divergeant à partir de ce bord comme représenté en 36.
Le procédé décrit est particulièrement avanta geux pour le soudage d'une ailette hélicoïdale sur un tuyau ou autre surface courbe, ceci que les organes soient en acier, en aluminium, en cuivre ou encore en autre métal ou alliage. Par exemple, un ruban en acier ayant une largeur de 1,25 cm et une épaisseur de 1,5 mm peut être soudé sur un tube de 10 cm de diamètre dont l'épaisseur de la paroi est de 3 mm à une vitesse comprise entre 27 mètres et 600 mètres par minute (mesuré le long du chemin hélicoïdal de l'ailette) lorsqu'on utilise une source de courant à haute fréquence dont la puissance est comprise entre 40 kW. et 140 kW.
Dans le cas où les organes sont en action, les régions marginales supérieures du ruban peuvent être chauffées à une température voisine de 7320 C et dans le cas où les organes sont en aluminium, à une température comprise entre 371 C et 482- C. En général, lorsque le bord supérieur est chauffé au rouge, il sera suffisamment mou pour pouvoir être étiré de la quantité nécessaire pour lui éviter d'être distordu latéralement lorsqu'il est courbé.
Dans certains cas, il peut être préférable, pour évi ter un chauffage insuffisant, d'utiliser un courant à haute fréquence suffisant pour surchauffer nor malement les différentes régions du ruban ; ce sur- chauffage est alors évité en appliquant un courant de vapeur ou d'huile de température déterminée aux différentes régions du ruban environnant le point de soudage.
Lorsque l'extrémité arrière d'un tronçon de tuyau va atteindre le point de soudage, l'opérateur peut couper le courant à haute fréquence afin d'interrompre le soudage pendant une courte période tandis que cette extrémité arrière et l'extrémité avant du tronçon suivant passent au droit du point de soudage. Ainsi, un ou plusieurs tours de l'ailette continueront à être appliqués sur les extrémités des tronçons, mais sans être soudés à ces derniers. Ces tronçons pourront être ainsi facilement séparés comme représenté à gauche de la fig. 1.
Ensuite, la partie non soudée de l'ailette peut être sectionnée, par exemple comme indiqué en 40 à la fig. 4, l'extré mité 14 du tronçon restant ainsi dégagée pour pou voir être raccordée à un autre tuyau ou organe ana logue. De cette façon, les tronçons de tuyau peuvent être avancés successivement à travers l'appareil de soudage, l'ailette hélicoïdale étant appliquée de façon continue et sans qu'il soit nécessaire d'inter rompre le fonctionnement de la partie mécanique de l'appareil lorsqu'on passe d'un tronçon au sui vant.