FR2503590A1 - Methode de percage dans la fabrication de tubes sans soudure - Google Patents

Abstract

METHODE DE PERCAGE ROTATIF DANS LA FABRICATION DE TUBES SANS SOUDURE A PARTIR D'UNE BILLETTE POUR FORMER UN CORPS CREUX 18. ON UTILISE UN LAMINOIR DE PERCAGE ROTATIF COMPORTANT DES CYLINDRES PRINCIPAUX 11, 11 DISPOSES L'UN EN FACE DE L'AUTRE HORIZONTALEMENT OU VERTICALEMENT, EN LAISSANT ENTRE EUX UN TRAJET DE LAMINAGE POUR LA BILLETTE ET LE CORPS CREUX 18, ET DES CYLINDRES EN FORME DE DISQUES 12, 12 DISPOSES L'UN EN FACE DE L'AUTRE VERTICALEMENT OU HORIZONTALEMENT ENTRE LES CYLINDRES PRINCIPAUX 11, 11, LE TRAJET DE LAMINAGE SE TROUVANT ENTRE CES CYLINDRES, LES CYLINDRES PRINCIPAUX 11, 11 ETANT DISPOSES DE MANIERE A AVOIR UN ANGLE D'AVANCE B ET UN ANGLE DE CROISEMENT G SATISFAISANT AUX CONDITIONS SUIVANTES: 3 B 25; 3 G 25; 15 B G 45 ET LES CYLINDRES EN FORME DE DISQUES 12, 12 ETANT PRESSES CONTRE LA BILLETTE ET LE CORPS CREUX 18 PENDANT L'OPERATION DE PERCAGE ROTATIF. APPLICATION A LA FABRICATION DE TUBES SANS SOUDURE EN ACIERS DIFFICILES A TRAVAILLER.

Description

Méthode de perçage dans la fabrication de tubes sans soudure.

La présente invention concerne une méthode de perça-

ge rotatif dans une opération de fabrication de tubes sans

soudure par un processus de perçage rotatif.

Le procédé de perçage rotatif (procédé de Mannesmann) est largement utilisé dans la fabrication de tubes d'acier

sans soudure. Le procédé consiste à faire passer une billet-

te chauffée à une température prédéterminée dans un disposi-

tif de perçage rotatif pour la mettre sous la forme d'un

corps creux, à laminer le corps creux au moyen d'un disposi-

tif d'allongement, par exemple un laminoir à poinçon ou un

laminoir à mandrin, pour obtenir l'épaisseur de paroi souhai-

tée, et à mettre le diamètre extérieur du corps creux laminé à dimensions au moyen d'un calibreur ou d'un réducteur pour obtenir un tube fini possédant le diamètre extérieur (ou

l'épaisseur de paroi) spécifié.

Etant donné que la présente invention ne concerne

que la première de ces opérations, à savoir le perçage rota-

tif, on va revoir en détail ci-dessous seulement la méthode classique de perçage rotatif utilisée dans la fabrication de tubes sans soudure. A ce sujet on remarquera que bien qu'il existe un grand nombre de procédés de perçage rotatif, utilisant par exemple un train de laminoirs Mannesmann à poinçon, un train de laminoirs Mannesmann dit "assel", un

train de laminoirs Mannesmann à mandrin, un train de lami-

noirs Mannesmann dit "pilger" et un train de laminoirs Mannesmann à tuyaux multicage, la première opération, à

savoir le perçage rotatif, est commune à tous les procédés.

Les figures 7, 8 et 9 sont respectivement des vues en plan, de côté et en bout du côté de sortie du corps creux illustrant une opération de perçage rotatif au moyen d'un dispositif classique. Les cylindres 71 et 71' possèdent respectivement une forme de tonneau telle que leur partie centrale possède le diamètre le plus important et que le diamètre de cette partie est plus important que la longueur du tonneau, l'angle a formé par les faces latérales du côté

entrée et dta côté sortie étant dans la gamme allant, envi-

ron, de 2 à 4 . Les cylindres sont disposés de façon croisée -2- de manière telle que leurs axes soient parallèles à un plan vertical contenant le centre du trajet de laminage suivant

lequel une billette 73 se déplace pendant son perçage rota-

tif jusqu'à ce qu'elle soit transformée en un corps creux 78, autrement dit les axes des cylindres et le trajet de

laminage sont situés dans des plans parallèles comme repré-

d' avgnce senté sur la figure 7, et que les angles A des cylindres par rapport à l'horizontale (angle que forme l'axe du cylindre avec un plan horizontal contenant le centre du trajet de laminage) soient dans la gamme allant, environ, de 6 à 12 et soient opposés. En outre, comme on peut le voir d'après la figure 9 (mais pas sur la figure 7), entre les cylindres 71 et 71' sont disposés des patins de guidage 72, 72' en aboutement avec la surface périphérique extérieure du corps

creux 78, du côté supérieur et du côté inférieur, pour ré-

gler les positions supérieure et inférieure du corps creux

78 percé progressivement.

L'extrémité frontale d'un poinçon 74, supporté par un mandrin 75 s'étendant à partir de l'extrémité de sortie pour le corps creux 78, est positionnée au-delà de la partie la plus étroite de l'espace entre les cylindres 71 et 71',

o des zones de transition (parties o le diamètre des cy-

lindres est maximal donc o l'espace entre les cylindres

est minimal) se font face, légèrement plus près de l'extré-

mité d'entrée pour la billette 73.

Lorsque la billette 73, chauffée à la température prédéterminée, est introduite dans le dispositif de perçage

rotatif, elle est entraînée dans l'espace entre les cylin-

dres 71 et 71' qui tournent dans le même sens, comme indiqué par les flèches sur la figure 7, pour tourner dans le sens opposé par rapport aux cylindres 71, 71'. L'existence d'un angle d'avance P permet à la billette 73 d'avancer; pendant ce temps la billette 73 est soumise de façon répétée à un forgeage rotatif par les cylindres 71, 71'. La billette 73, sous l'effet de forgeage des cylindres, devient facilement perçable au centre et est soumise à un perçage rotatif et à une augmentation de diamètre par le poinçon 74. Le poinçon 74 est supporté par le mandrin 75 et tourne librement avec la billette 73 et poursuit l'opération de perçage sans recul. Ainsi, la billette 73 est soumise à une déformation par cisaillement due à l'interaction des cylindres 71, 71' et du poinçon 74 jusqu'à ce qu'elle soit transformée en un corps creux 78.

Dans le procédé décrit ci-dessus pour la transforma-

tion d'une billette 73 en un corps creux 78 par perçage ro-

tatif, la billette est soumise à des déformations par cisail-

lement suivant trois directions, à savoir: (i) une déformation par cisaillement suivant la direction longitudinale; (ii) une déformation par cisaillement de la surface sous l'effet d'une torsion; et (iii) une déformation par cisaillement suivant la

circonférence.

Ces modes de déformation par cisaillement sont illustrés schématiquement sur la figure 10. La déformation par cisaillement suivant la direction longitudinale est un phénomène suivant lequel, si on suppose que la billette est constituée par des sections élémentaires en forme de disques dont les extrémités sont perpendiculaires à son axe, comme représenté en a sur la figure 10, il apparait un glissement

à l'intérieur de la structure de la billette qui se caracté-

rise par le déplacement des limites des sections élémentai-

res individuelles suivant la direction longitudinale (c'est-

à-dire vers l'extrémité d'entrée de la billette du disposi-

tif de perçage rotatif), comme représenté en a sur la figure 10. Une telle déformation est inévitable étant donné

que la billette est soumise à un allongement longitudinal.

La déformation par cisaillement de la surface sous l'effet d'une torsion est un phénomène suivant lequel, si on suppose que la billette comporte une section élémentaire parallèle à son axe, comme représenté en b sur la figure 10, il apparait un glissement du métal à l'intérieur de la

structure de la billette qui déforme cette section élémen-

taire en spirale, comme représenté en b' sur la figure 10.

Cette déformation par cisaillement n'est pas souhaitable du fait qu'elle peut conduire au développement de repliures

extérieures (un défaut résultant d'une repliure sur la sur-

face de la billette sous l'effet de la torsion ae la surfa-

ce) à l'extérieur du tube fini. La déformation par cisaille-

ment suivant la circonférence est un phénomène suivant le-

quel, si on suppose que la billette comporte une section élémentaire suivant son diamètre, comme représenté en c sur

la figure 10, il apparaît un glissement de métal qui provo-

que un déplacement suivant la direction circonférentielle de la section élémentaire, comme représenté en c' sur la figure 10. Cette déformation par cisaillement n'est pas non plus souhaitable du fait qu'elle peut provoquer la formation de défauts dans le perçage interne à l'intérieur du tube fini.

La raison pour laquelle une déformation de la surfa-

ce sous l'effet d'une torsion ou une déformation par cisail-

lement suivant la circonférence, suivant le cas, conduit au développement de repliures et de défauts du perçage sur la surface extérieure ou intérieure du tube est qu'une telle déformation, c'est-à-dire une zone soumise à une contrainte

de cisaillement, lorsqu'elle existe dans la billette, provo-

que une fissure par l'intermédiaire d'une inclusion quelcon-

que dans la billette, cette fissure se transformant en re-

pliures ou en défauts du perçage lorsque la billette est

laminée dans la région de la contrainte de cisaillement.

De tels défauts se traduisent par un rendement plus faible en produits acceptables. Par conséquent, il serait

très souhaitable de disposer d'une méthode de perçage rota-

tif permettant de minimiser ou d'éliminer l'apparition d'une déformation de la surface due à la torsion et d'une déformation par cisaillement suivant la circonférence, pour réduire la formation de repliure et de défauts dans le

perçage des tubes finis.

On a déjà mis au point un procédé pour fabriquer

des tubes d'acier sans soudure sans déformation superficiel-

le due à la torsion (comme décrit dans le brevet japonais

No. 23.473 de 1974). Ce procédé est tel que lors de l'utili-

sation d'un laminoir pour perçage rotatif comportant des patins de guidage en forme de plaques, le développement d'une déformation superficielle due à la torsion et/ou d'une déformation par cisaillement suivant la circonférence, comme

décrit ci-dessus, peut être complètement éliminé ou nette-

ment minimisé en réglant l'angle d'avance $ et l'angle de croisement Y des cylindres (l'angle de croisement est dé- fini comme l'angle que forme l'axe des cylindres avec un plan vertical contenant le centre du trajet de laminage

comme représenté sur la figure 11) de manière qu'ils satis-

fassent aux conditions suivantes 1/5 (12 + 22 2 + 3)o > y > 30

214 24

Ce principe a été mis en oeuvre dans des laminoirs de perçage rotatif en fonctionnement. Le résultat a été que

lors d'une opération de perçage avec des matériaux se tra-

vaillant moins bien, par exemple de l'acier au Cr-Mo, la fréquence d'apparition de repliures extérieures a pu être considérablement réduite. Simultanément on a trouvé que l'agencement contribuait considérablement à une réduction

de la fréquence d'apparition de défauts du perçage interne.

Cependant, même avec cette méthode, il est pratique-

ment impossible d'effectuer efficacement une opération de perçage rotatif sur des matériaux extrêmement difficiles à travailler dont les possibilités d'usinage à chaud sont très faibles, par exemple des aciers inoxydables, tels que des aciers austénitiques, ferritiques, martensitiques, des aciers à deux phases, et des aciers résistant à la chaleur

et à la corrosion, tels que les alliages Inconel et Hastel-

loy, si un souhaite une production économique. Dans la mesu-

re o la fabrication de tubes en acier constitués par ces alliages affinés est concernée, l'état de la technique est

tel qu'il n'y a pas d'autre solution que d'utiliser le pro-

cédé d'Ugine-Sejournet au lieu des procédés de perçage rota-

tif avantageux pour la fabrication en série. La raison en est que le procédé d'Ugine-Sejournet n'implique pratiquement aucune possibilité de déformation superficielle due à la

torsion ni de déformation par cisaillement suivant la cir-

conférence pour le matériau travaillé pendant l'opération

de fabrication des tubes; par conséquent, il n'y a prati-

quement pas de possibilité, si ce n'est aucune, de formation

de repliures et de défauts du perçage sur la surface exté-

rieure et/ou intérieure des tubes. Cependant, la mise en oeuvre du procédé d'Ugine-Sejournet implique le perçage d'un trou de guidage au centre de chaque billette sur toute

sa longueur, en l'usinant au préalable. Ceci implique natu-

rellement un nombre plus important de phases opératoires et

une efficacité et un rendement plus faible pour la fabrica-

tion. Il est inévitable que tous ces facteurs se traduisent par une pression superficielle ou par un coût nettement

plus élevé.

En outre, dans les développements récents dans le domaine de la fabrication de tubes d'acier, il existe deux problèmes ardus concernant l'un la fourniture du matériau et l'autre la demande de tubes en acier. Pour ce qui est de la fourniture du matériau, la fabrication des billettes passe maintenant rapidement d'un procédé impliquant la fabrication d'un lingot et un dégrossissage, à un procédé impliquant une coulée en continu. Bien sûr les billettes fabriquées par coulée en continu sont très souvent poreuses au centre; fondamentalement ces billettes ne conviennent pas pour le perçage rotatif. Pour ce qui est de la demande de tubes en acier, on demande de plus en plus des tubes en acier affiné. En se référant par exemple aux conduites de puits de pétrole, le nombre de puits plus profonds augmente rapidement, ce qui signifie une charge plus importante sous une atmosphère de soufre de concentration importante, et par conséquent la demande augmente progressivement pour des conduites en acier affiné, tels que Incoloy et Hastelloy,

qui peuvent supporter de telles conditions plus sévères.

De ce fait, l'apparition d'une nouvelle méthode de perçage permettant une fabrication en série de tels tubes en acier

affiné a été fortement souhaitée.

Ce sont ces considérations qui sont à la base de la

présente invention.

L'invention a par conséquent pour but une méthode de perçage qui permet de fabriquer des tubes en acier affinés se travaillant mal et/ou se travaillant extrêmement

difficilement à chaud par une opération de perçage rotatif.

L'invention vise aussi une méthode de perçage pour obtenir un corps creux sans déformation superficielle due à la torsion ni déformation par cisaillement suivant la cir- conférence, à partir de billettes de tels aciers affinés et qui permet de fabriquer des tubes en acier de bonne qualité sans repliures ni défauts dans le perçage, aussi bien à

l'extérieur qu'à l'intérieur, avec un rendement élevé.

L'invention vise également une méthode de perçage qui permet de fabriquer des tubes métalliques sans défauts

d'écaillage extérieurs.

L'invention a encore pour but une méthode de perça-

ge qui permet d'augmenter l'efficacité de fonctionnement

d'installations de fabrication de tubes.

Dans une méthode de perçage rotatif pour la fabrica-

tion de tubes sans soudure dans laquelle une billette chauffée est introduite dans l'espace entre des cylindres

opposés et est soumise, alors qu'elle est avancée en tour-

nant sur son axe et dans la direction axiale, à un perçage rotatif central par un poinçon disposé entre les cylindres, jusqu'à ce qu'elle soit transformée en un corps creux, ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait qu'on

utilise un laminoir de perçage rotatif comportant des cylin-

dres principaux disposés l'un en face de l'autre horizonta-

lement ou verticalement, en laissant entre eux un trajet de

laminage pour la billette et le corps creux, et des cylin-

dres en forme de disques disposés l'un en face de l'autre

verticalement ou horizontalement entre les cylindres princi-

paux, le trajet de laminage se trouvant entre ces cylindres, les cylindres principaux étant disposés de manière à avoir

un angle d'avance 0 et un angle de croisement y satisfai-

sant aux conditions suivantes: 30 < e < 250 < y < 250 < 6 + y < 450 et les cylindres en forme de disques étant pressés contre

la billette et le corps creux pendant l'opération de per-

çage rotatif., La présente invention sera mieux comprise à la

lecture de la description détaillée qui va suivre et à

l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre

d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'inven-

tion. La figure 1 est de mise en oeuvre de la la figure 2 est figure 1; une vue méthode une vue en plan suivant de côté illustrant un mode l'invention; correspondant à la la figure 3 est une vue en bout à partir du côté de sortie du corps creux; la figure 4 est une vue en bout à partir du côté d'entrée de la billette; la figure 5 est un graphique représentant l'effet des angles d'avance et de croisement sur les possibilités de déformation par cisaillement suivant la circonférence; la figure 6 est un graphique représentant l'effet des angles d'avance et de croisement sur la formation de défauts dans le perçage sur la surface intérieure du tube d'acier; la de mise en rotatif; la figure 7; la figure 7 à la différents la réglage de La figure 7 est une vue en plan illustrant un mode oeuvre classique d'une opération de perçage figure 8 est une vue de côté correspondant à la figure 9 est une vue en bout correspondant à la partir du côté de sortie du corps creux; figure 10 est une vue explicative représentant types de déformations par cisaillement; et figure 11 est une vue en plan pour expliquer le

l'angle de croisement.

caractéristique essentielle de la méthode de per-

çage rotatif suivant l'invention réside dans le type parti-

culier du dispositif de perçage rotatif et dans le choix des angles d'avance et de croisement dans l'agencement des

cylindres pour l'opération de perçage rotatif, comme indi-

qué ci-dessus.

L'angle e est l'angle que forme l'axe de chaque cylindre principal avec un plan horizontal (o les cylindres principaux sont disposés l'un en face de l'autre suivant la direction horizontale) ou avec un plan vertical (o les cylindres principaux sont disposés l'un en face de l'autre

suivant la direction verticale) contenant le centre du tra-

jet de laminage. L'angle de croisement y est l'angle que forme l'axe des cylindres principaux avec un plan vertical (o les cylindres principaux sont disposés l'un en face de l'autre suivant la direction horizontale) ou avec un plan horizontal (o les cylindres principaux sont disposés l'un en face de l'autre suivant la direction verticale) contenant

le centre du trajet de laminage.

On va maintenant décrire les éléments clés du lami-

noir de perçage rotatif utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention en se référant aux figures 1 à 4. Des cylindres principaux 11, 11' disposés l'un en face de l'autre de part et d'autre du trajet de laminage, ont la forme d'un cône, et leur surface latérale forme respectivement un angle a1 du côté d'entrée (pour la billette 13) et un angle a2 du

côté de sortie, une zone de transition étant formée à l'in-

tersection ou à la limite entre la surface du cylindre côté entrée et la surface du cylindre côté sortie. Le diamètre de chaque cylindre est maximal au niveau de son extrémité côté sortie. L'arbre du cylindre est supporté aux deux

extrémités par des paliers (non représentés) prévus à l'in-

térieur au corps du laminoir. Si les arbres des cylindres

ne sont supportés qu'à une extrémité, les cylindres princi-

paux sont susceptibles de vibrer pendant l'opération de perçage rotatif, ce qui peut provoquer une excentricité de

la paroi. Une telle vibration affecte également désavanta-

geusement la configuration du corps creux, à la fois à l'extérieur et à l'intérieur. Les cylindres sont disposés de manière telle que les prolongements de leurs axes s'étendent dans des directions opposées en formant le même angle d'avance e par rapport à un plan horizontel contenant le centre d'un trajet de laminage que traverse la billette

13, et que lesdits prolongements se coupent suivant un an-

gle de croisement y symétrique par rapport à un plan verti-

cal contenant le centre du trajet de laminage. Les cylindres principaux sont entraînés en rotation avec la même vitesse périphérique et dans le même sens, comme indiqué par les

flèches. Comme représenté sur la figure 3, entre les cylin-

dres principaux 11 et 11' sont disposés des cylindres en forme de disques 12, 12' qui sont destinés à exercer une pression sur le corps creux 18 à partir du côté supérieur et du côté inférieur, suivant une ligne perpendiculaire au

trajet de laminage. Le diamètre extérieur de chaque cylin-

dre en forme de disque 12, 12' est environ 2 à 3 fois aussi

important que le diamètre maximal de chaque cylindre princi-

pal 11, 11'. Les cylindres en forme de disques, entraînés par un moteur d'entraînement distinct de celui des cylindres principaux, sont entraînés en rotation dans un sens tel qu'ils poussent la billette 13 en direction de la zone de

transition. Leur vitesse de rotation est déterminée en fonc-

tion de sine. L'angle d'avance e varie en fonction de la

billette devant être percée, et sine (sinus de l'angle X dé-

termine la force d'entraînement vers l'avant qui doit être appliquée à la billette ou au corps creux, ou leur vitesse de déplacement suivant la direction axiale. Par conséquent, il est raisonnable de déterminer la vitesse périphérique ou la vitesse de rotation des cylindres en forme de disques 12, 12' en fonction de sine de manière qu'elle soit liée

à la vitesse de déplacement de la billette ou du corps creux.

Concrètement, lors du changement de sine, la vitesse péri-

phérique des cylindres en forme de disques varie proportion-

nellement à D.sint (D étant le diamètre de la zone de tran-

sition). Un poinçon de perçage 14 est disposé de manière telle que son extrémité avant se trouve dans une position légèrement espacée de la zone de transition en direction de l'entrée pour la billette 13, le poinçon étant supporté au

niveau de son extrémité arrière par un mandrin 15.

Suivant l'invention, la plage de l'angle d'avance e et de l'angle de croisement y est limitée de la façon mentionnée ci-dessus de manière à se conformer aux conditions de perçage rotatif existantes. De façon générale, plus les angles d'avance et de croisement e et y sont importants, plus leur effet est important pour

éviter une déformation par cisaillement suivant la circon-

férence. Cependant, bien sûr, il existe une valeur limite

supérieure pour ces angles en raison des limitations mécani-

ques inhérentes à la conception du dispositif de perçage.

Si le réglage des angles est supérieur à 25 , les paliers

nécessaires pour supporter les arbres des cylindres ne peu-

vent plus être logés dans le corps du laminoir de perçage rotatif, ce qui rend impossible de supporter les cylindres aux deux extrémités. De plus, le couplage entre l'arbre

des cylindres et la broche qui transmet la force d'entraîne-

ment pour le cylindre interférerait mécaniquement avec le

corps creux. Par conséquent, du point de vue de la concep-

tion mécanique il est presque-impossible que la limite supé-

rieure du réglage des angles soit plus importante.

La limite inférieure des angles fixée à 3 est définie en fonction du rapport de perçage. En tant que paramètre représentant le degré d'usinage effectué par le dispositif de perçage, le rapport de perçage est défini

comme le rapport de la longueur du corps creux à la lon-

gueur de la billette. Plus le rapport de perçage est impor-

tant, plus la paroi du corps creux est mince. Par consé-

quent, un rapport de perçage plus important signifie que le matériau est soumis à un usinage plus sévère, ce qui est plus susceptible de conduire à,la formation de défauts du perçage sur la surface intérieure. Pour cette raison, le rapport de perçage est en général choisi dans la gamme allant de 1,5 à 4,5. Pour obtenir un rapport de perçage dans cette gamme, la limite inférieure des angles B et y

est choisie égale à 3 .

En se référant à la gamme de valeurs pour e + y, on remarquera que si la valeur est inférieure à 15 , la

formation de défauts dans le perçage intérieur est inévita-

ble; de plus la vitesse d'avance de la billette est dimi-

nuée, ce qui réduit le rendement de production. Si elle est supérieure à 45 , ceci augmente l'interférence du corps creux avec la broche et le couplage cylindre-arbre et de ce fait on ne peut plus obtenir une opération de perçage

rotatif satisfaisante. Pour cette raison, la gamme dans la-

quelle on peut choisir e + y va de 15 à 45 .

La présente invention est efficace notamment pour éviter la formation de défauts dans le perçage dus à une déformation par cisaillement suivant la circonférence. Ceci peut être attribué dans une large mesure aux cylindres en forme de disques 12, 12'. Comme représenté sur les figures 2, 3 et 4, les cylindres en forme de disques 12, 12' sont disposés entre les cylindres principaux 11 et 11' de manière à appuyer sur la billette 13 et le corps creux 18 à partir du dessus et du dessous, ces cylindres étant entraînés en

rotation dans le sens des flèches 20, 21 de manière à en-

traîner la billette 13 de l'entrée vers la sortie. La figure

4 est une vue en coupe partielle de l'agencement prise per-

pendiculairement au trajet de laminage sensiblement au centre du poinçon 14 suivant la direction longitudinale, vu à partir du côté d'entrée. Comme on peut le voir sur cette figure, les cylindres en forme de disques 12, 12' possèdent des bords non symétriques au niveau des faces de

laminage. Au niveau des parties marginales opposées, à l'en-

droit o le métal en surplus provenant du corps creux 18 est extrudé hors de l'espace entre les cylindres principaux 11, 11' et le poinçon 14 suivant la direction périphérique lorsque le laminage progresse en suivant la rotation des

cylindres principaux et du poinçon, sont formées des surfa-

ces saillantes 22, 22', tandis qu'au niveau des parties marginales opposées, à l'endroit o le métal en surplus est repoussé dans l'espace entre les cylindres principaux 11,

11' et le piston 14, sont formées des surfaces de dégage-

ment 23, 23'. Autrement dit, le diamètre des cylindres en

forme de disques 12, 12' est réduit dans le sens de rota-

tion du corps creux.

Dans une méthode classique de perçage rotatif, des patins de guidage en forme de plaques sont disposés entre

des cylindres principaux. La surface de chaque patin de gui-

dage presse le métal en surplus provenant du corps creux lorsqu'il sort sous la forme d'un bourrelet. Etant donné que les patins de guidage sont fixés sur le dispositif de perçage, il est vraisemblable que lorsque le corps creux se déplace suivant la direction longitudinale il frotte contre les surfaces des patins de guidage. La résistance due au

frottement qui en résulte a tendance à encourager le déve-

loppement d'une déformation par cisaillement suivant la

circonférence. Lorsque, comme dans la méthode suivant l'in-

vention, une pression est exercée sur le corps creux 18 par

des cylindres en forme de disques 12, 12' entraînés de for-

ce en rotation, la force de frottement s'opposant à la poussée appliquée dans la direction du mouvement du corps creux est naturellement diminuée; par conséquent on peut obtenir un glissement de métal sensiblement identique à

celui obtenu avec le procédé d'extrusion d'Ugine-Sejournet.

Pour mieux illustrer l'invention, on va fournir

quelques exemples non limitatifs.

EXEMPLE 1

Cylindres principaux Diamètre maximum 350 mm Vitesse de rotation 60 t/mn e 8 positions de réglage entre et 200 y 5 positions de réglage entre 0 et 200 Cylindres en forme Diamètre 200 mm de discues Vitesse de rotation: variation proportionnelle à D.sine (3,3 t/mn-9,9 t/mn environ) Poinçon Diamètre 50 mm Billettes d'essai Matériau: acier au carbone

(C = 0,50 %) Diamètre 70 et 72 mm Les billettes sont percées pour obtenir des corps

creux dont le

diamètre est compris entre envi-

ron 70-71 mm.

Le perçage rotatif a été effectué dans ces condi-

tions. On a examiné les effets de l'angle d'avance B et de

l'angle de croisement y sur la déformation y r par cisail-

lement suivant la circonférence. Les résultats sont repré-

sentés sur la figure 5. La déformation yre par cisaille- ment suivant la circonférence est donnée par la relation suivante r t avec r: rayon extérieur du corps creux, t: épaisseur de paroi du corps creux,

O: angle de déplacement en radians.

La déformation yr par cisaillement suivant la cir-

conférence a été mesurée de la façon suivante: des broches sont enfoncées dans chaque billette au niveau de sections situées à certains intervalles suivant la direction radiale,

et l'emplacement de ces broches est observé après l'opéra-

tion de perçage rotatif.

* Comme on le voit sur la figure 5, les angles d'avan-

ce e ont un effet appréciable sur la déformation y re par cisaillement suivant la circonférence. Lorsque l'angle

d'avance devient plus important, il y a une diminution re-

marquable de la valeur de la déformation y8r par cisaille-

ment suivant la circonférence. De même, cette déformation

Yré diminue de façon importante lorsque l'angle de croise-

ment y diminue. On remarquera notamment que lorsque B >. 140 et Y = 15 , ou lorsque B > 100 et y = 200, la déformation par cisaillement suivant la circonférence est complètement éliminée, ce qui se traduit par y r = O. Ainsi, on obtient un glissement de métal sensiblement identique à celui

obtenu avec le procédé d'Ugine-Sejournet.

EXEMPLE 2

On a examiné l'effet de l'angle d'avance s et de l'angle de croisement y sur la formation de défauts dans le perçage intérieur d'un corps creux lorsqu'on utilise la

méthode de perçage rotatif suivant l'invention. Les condi-

tions sont les mêmes que dans l'exemple 1. Le matériau d'essai utilisé est de l'acier inoxydable austénitique avec du niobium (C: 17-20 %; Ni: 9- 13 %; Nb: 1 %; le reste étant essentiellement du Fe), un acier inoxydable qui est réputé pour être celui qui se travaille le plus mal à chaud. L'expérience avec ce matériau a été telle que lors- qu'il est utilisé pour former un corps creux en utilisant la méthode de perçage rotatif de Mannesmann classique, il

apparaît habituellement des défauts importants dans le per-

çage sur la surface intérieure, et ce qui est pire, il est fréquent que la paroi du corps creux soit brisée de sorte que les défauts du perçage s'étendent jusqu'à la surface

extérieure de la paroi.

Les résultats des essais sont représentés sur la figure 6, la marque * désignant des défauts importants du perçage intérieur, désignant des défauts insignifiants,

et o désignant une configuration intérieure satisfaisante.

Comme on peut facilement le voir sur le graphique, l'angle

d'avance a et l'angle de croisement y ont des effets remar-

quables. La proportion des défauts du perçage intérieur diminue de façon remarquable lorsque l'angle d'avance e et l'angle de croisement y augmentent. Il est important de remarquer que des changements d'amplitude des défauts du

perçage intérieur correspondent à des changements d'ampli-

tude de la déformation par cisaillement suivant la circonfé-

rence, comme représenté sur la figure 5. Apparemment, il existe une relation importante entre la déformation par cisaillement suivant la circonférence et les défauts du

perçage intérieur.

EXEMPLE 3

Des matériaux extrêmement difficiles à travailler ont été soumis à une opération de perçage rotatif suivant

la méthode de l'invention et suivant les méthodes classi-

ques (trois méthodes), dans les mêmes conditions. Les corps

creux résultants ont été usinés pour obtenir des tubes finis.

Les rendements après vérification ont été comparés. Les com-

positions des matériaux d'essai sont indiquées dans le

tableau 1.

TABLEAU 1

Cr Ni Mo W Nb impue tés A Acier au Cr-Mo 9 _ 1 _ _ reste B Acier inoxydable 25 7 3 1 _ reste à deux phases C Acier inoxydable 18 10 - - 1 reste austénitique D Acier au Cr-Ni- 25 50 6 - _ reste Mo affiné E Hastelloy C 15 60 16 4 _ reste (% en poids) Les conditions sont les suivantes: pour l'opération de perçage rotatif (1) diamètre de la billette 72 mm (2) rapport de perçage 2,7 (3) rapport d'allongement 3 %

(4) température de perçage 12000C.

Les résultats, après vérification, sont indiqués

dans le tableau 2 ci-après.

Généralement, les aciers possédant une teneur en

Cr et Ni plus importante présentent une tendance plus impor-

tante à se travailler plus mal à chaud, ce qui se traduit par un nombre plus important de repliures et de défauts du perçage, à la fois à l'intérieur et à l'extérieur, et à un rendement après vérification plus faible. Cependant, les produits fabriqués suivant la méthode de l'invention ont donné des résultats très satisfaisants après vérification, rendements de 100 % ou très proches, quel que soit le type d'acier utilisé. En examinant les résultats notamment du point de vue du degré d'amélioration, les améliorations les plus importantes du point de vue du rendement sont obtenues avec des matériaux qui, de façon inhérente, se travaillent le moins bien à chaud. Ceci indique que la méthode suivant l'invention est plus efficace lorsqu'elle est utilisée

avec des aciers se travaillant mal à chaud.

Suivant l'invention, l'amélioration du rendement après vérification mentionnée ci-dessus est attribuable dans une large mesure à l'élimination importante des défauts du perçage intérieur et des repliures extérieures, suite à la réduction importante de la déformation superficielle due à la torsion ainsi que de la déformation par cisaillement

suivant la circonférence. Une autre raison de cette amélio-

ration du rendement réside dans le fait que le développe-

ment de défauts d'écaillage sur la surface extérieure est pratiquement évité. Dans les méthodes de perçage rotatif

classique utilisant des patins de guidage, ou celles utili-

sant des cylindres en forme de disques de type tel que les faces de laminage possèdent des parties marginales assurant

un calibrage symétrique, des barbures tombant de la billet-

te ou du corps creux pendant l'opération de perçage rotatif

se déposent sur le patin de guidage ou la surface du cylin-

dre en forme de disque servant de patin et se fixent sur la

surface de la billette ou du corps creux et sont transfor-

mées en défauts d'écaillage au cours du laminage. Cependant, suivant l'invention, au niveau de leur surface de laminage les cylindres en forme de disques comportent des parties

marginales se présentant sous la forme de trajets de dégage-

ment suivant la direction de rotation de la billette ou du corps creux de sorte que les barbures ne peuvent pas se déposer sur les faces de laminage; par conséquent, il n'y a pas, ou pratiquement pas, de possibilités d'apparition

d'un défaut d'écaillage.

La méthode suivant l'invention est également avanta-

geuse du point de vue de l'efficacité de fonctionnement.

Dans une méthode classique utilisant des patins de guidage en forme de plaques, il est nécessaire de remplacer souvent les patins même pendant une opération de perçage, du fait

qu'ils sont soumis à une usure importante. Pour cette rai-

son, il est fréquent que l'opération de perçage doive être

arrêtée pour remplacer les patins; naturellement, ceci ré-

duit l'efficacité de fonctionnement de tout l'équipement de

fabrication de tubes. L'invention réduit nettement la possi-

bilité d'usure des faces des cylindres en forme de disques, et il n'est pas ou pratiquement pas nécessaire d'interrom- pre l'opération de perçage rotatif pour les remplacer; tout ceci conduit naturellement à une meilleure efficacité de fonctionnement. Comme déjà décrit, la méthode suivant l'invention est telle que des cylindres principaux en forme de cônes, supportés aux deux extrémités de l'arbre, sont réglés avec des angles d'avance et de croisement de valeur importante,

avec des cylindres en forme de disques utilisés pour mainte-

nir la billette en position tout en empêchant l'apparition d'une excentricité de la paroi pendant une opération de perçage rotatif, ce qui permet de complètement éliminer ou au moins de minimiser la déformation superficielle due à la torsion, comme si on utilisait le procédé d'extrusion d'Ugine-Sejournet. En outre, cette méthode permet d'effectuer une opération de perçage rotatif sur des aciers extrêmement

difficiles à travailler qui étaient considérés comme incom-

patibles avec le perçage rotatif pour une production commer-

ciale, sans provoquer, ou du moins le moins possible, l'ap-

parition de défauts du perçage intérieur ou de repliures extérieures. Par conséquent, on peut dire que l'invention

a fait progresser la technique dans le sens d'une rationa-

lisation du procédé de fabrication de tubes en acier et d'une amélioration du rendement. Elle peut être considérée comme une méthode nouvelle et utile de perçage rotatif dans

la fabrication de tubes en acier.

Dans l'agencement décrit ci-dessus, les cylindres principaux sont disposés horizontalement, à droite et à gauche, le trajet de laminage se trouvant entre les deux,

et les cylindres en forme de disques sont disposés vertica-

lement, au-dessus et au-dessous. Naturellement, il est

possible que les cylindres principaux soient disposés ver-

ticalement, le trajet de laminage se trouvant entre les deux, et que les cylindres en forme de disques soient disposés horizontalement. Dans l'un ou l'autre cas, l'effet

physique de l'agencement est le même.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et

sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention.

TABLEAU 2

Résultats après vérification (%) Méthode classique I Méthode classique II Méthode classique III Invention Acier Angle d'avance 10 Angle d'avance 15 Angle d'avance 15 Angle d'avance 20 Angle de croisement O Angl Angle de croint nt 20 Angle de croisement 20 Angle de croisement 00 Angle de croisement 200 Patin de guidage Cylindre en Patin de guidage Cylindre en forme de disque forme de disque

A 90 95 95 100

B 55 65 85 100

C 30. 55 75 95

D 15 35 65 90

E - 15 50 90

U"I rUl Ln o %0

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Méthode de perçage rotatif pour la fabrication de tubes sans soudure dans laquelle une billette chauffée est introduite dans l'espace entre des cylindres opposés et est soumise, alors qu'elle est avancée en tournant sur son

axe et dans la direction axiale, à un perçage rotatif cen-

tral par un poinçon disposé entre les cylindres, jusqu'à ce qu'elle soit transformée en un corps creux, caractérisée en ce qu'on utilise un laminoir de perçage rotatif comportant des cylindres principaux (11, il') disposés l'un en face de l'autre horizontalement ou verticalement, en laissant entre eux un trajet de laminage pour la billette (13) et le corps creux (18), et des cylindres en forme de disques (12, 12') disposés l'un en face de l'autre verticalement ou horizontalement entre les cylindres principaux (11, Il'), le trajet de laminage se trouvant entre ces cylindres, les cylindres principaux (11, 11') étant disposés de manière à

avoir un angle d'avance $ et un angle de croisement y satis-

faisant aux conditions suivantes < e < 250 < y < 250

< S + Y < 450

et les cylindres en forme de disques (12, 12') étant pres-

sés contre la billette (13) et le corps creux (18) pendant

l'opération de perçage rotatif.

2. Méthode suivant la revendication 1, caractérisée

en ce que lesdits cylindres en forme de disques sont entrai-

nés en rotation par un moteur d'entraînement distinct de

celui des cylindres principaux de manière à favoriser l'en-

gagement de la billette avec les cylindres principaux.

3. Méthode suivant l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que la vitesse de rotation desdits cylin-

dres en forme de disques est déterminée en fonction de sin$.

4. Méthode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre extérieur de chaque cylindre en forme de disque est supérieur au diamètre maximal extérieur de

chaque cylindre principal.