Brevet FR2000588A1 — publié le 19690912

-1- 2000588 La présente invention concerne la fabrication des tubes en acier soudé et notamment des tubes en aciers spéciaux ou inoxydables. D'une manière générale, dans une installation de type clas-5 sique, une bobine de feuillard est déroulée en continu et la bande traverse un poste de formage qui la conforme en tube, puis un poste de soudage pour souder les rives entre elles, et enfin, un laminoir calibreur précédant une cisaille qui découpe des longueurs déterminées de tube. 10 Jusqu'à présent, le soudage était effectué principalement par soudage à l'arc sous atmosphère inerte, ou ionisante. Cette technique particulière présente des avantages mais a l'inconvénient, entre autres, d'imposer une limitation de la vitesse de défilement. 15 L'invention a pour objet un moyen de soudage des rives du feuillard permettant notamment d'atteindre des vitesses de défilement considérablement accrues par rapport à ce qui était possible jusqu'à présent, de réaliser des soudures de très bonne qualité même avec des métaux difficiles à souder ou pour 20 la fabrication de tubes à parois multiples avec des métaux différents, de souder des tubes de plus grande épaisseur tout en réalisant des produits de même qualité que les tubes soudés sans métal d'apport, et dans certains cas, notamment pour les petits tubes, d'éviter l'opération de raclage ou d'écrasage du cordon 25 de soudure. Suivant l'invention, on applique à la fabrication continue des tubes métalliques la technique du soudage sous vide par bombardement électronique. Cette dernière technique met en jeu un canon à électrons qui émet des électrons capables de produire 50 une soudure dans la mesure où le faisceau d'électrons ne traverse pas une zone où règne une pression troRélevée. Par exemple, il convient généralement que le vide entre le canon et le plan —1 —2 de travail soit de l'ordre de 10 à 10 Torr, pression pour laquelle il n'est nullement besoin d'utiliser de THT (très haute 35 tension) et qui, de ce fait, n'entraîne pas de protection exagérée contre les rayons X. Par suite, le soudage par bombardement électronique ne pouvait être effectué jusqu'à présent que sur des pièces de longueur limitée susceptibles d'être contenues à l'intérieur d'une 40 enceinte dans laquelle on réalise un vide suffisant. 69 01075 "2~ 2000588 Pour pouvoir appliquer la technique du soudage sous vide par bombardement électronique à des tubes en défilement continu^ il a fallu résoudre un certain nombre de problèmes liés à la nature même de ces produits. 5 la demanderesse a tout d'abord mis à profit un phénomène particulier pour tenir compte de ce que les pièces à souder ont une longueur pratiquement infinie. On constate, en effet, que si l'on branche l'une des extrémités d'un tuyau sur une pompe à vide, l'autre extrémité étant ouverte à l'air libre, on peut réa~ 10 liser au voisinage de l'extrémité reliée à la pompe un vide satisfaisant si la longueur du tuyau est suffisamment grande. En d'autres termes, en opérant dans un tube suffisamment long, il est pratiquement inutile de prévoir une étanchéité parfaite à l'extrémité ouverte du tuyau. 15 D'autre part, étant donné la forme mime du tuyau, il faut prévoir une telle étanchéité non seulement à l'extérieur du tube mais encore ^'intérieur. Or, cela est possible, si on écarte les rives du feuillard avant l'entrée dans le poste de soudage, de façon à loger à l'intérieur du tube, en particulier à l'aval 20 du poste de soudage lorsque la soudure est effectuée, des moyens assurant une certaine étanchéité. En outre, la forme même du tube a conduit la demanderesse à prévoir une masse réfractaire à l'intérieur du tube à l'endroit de la soudure pour protéger à la fois les moyens servant 25 à assurer une certaine étanchéité à l'intérieur du tube, et également la face inférieure du tube contre le faisceau d'électrons. Un poste de soudage sous vide par bombardement électronique d'un tube métallique en défilement continu, selon l'invention, comprend donc un canon à électrons branché sur un carter 30 étanche capable, de contenir les jeux de galets nécessaires au . guidage et à la soudure du tube et prolongé à chaque extrémité par des manchons de longueur suffisante pour que, compte tenu des moyens d*étanchéité supplémentaires éventuellement prévus aux extrémités libres des manchons et/ou de vides partiels réa-35 lisés dans lesdits manchons, le vide obtenu par au moins une pompe principale branchée au voisinage de la zone de soudage soit suffisant pour permettre ledit soudage, des moyens d'étanchéité étant prévus à l'intérieur du tube à l'amont et à l'aval du poste de soudage, et des moyens étant prévus à l'intérieur du 40 tube pour assurer au moins la protection de la face inférieure- 69 01075 -3- 2000588 du tube contre l'action du faisceau d'électrons délivré par ledit canon. Le long des manchons et plus particulièrement au voisinage des extrémités, il peut en effet être avantageux de prévoir des 5 moyens complétant l'action de pompage de la pompe à vide bran-cnée sur le carter. Ces moyens peuvent comprendre d'une part des moyens d'étanchéité mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques au contact du tube traversant le poste de soudage, et d'autre part, un vide peu poussé réalisé, par exemple, par des pompes 10 à palettes branchées sur l'espace compris entre le tube en défilement et les manchons. Les moyens d'étanchéité intérieurs peuvent comprendre des moyens mécaniques tels que des cylindres en matière plastique à faible coefficient de frottement, comme le polytétrafluoréthy-15 lène. S'il est prévu un outil pour racler ou écraser intérieurement le cordon de soudure, ces moyens d'étanchéité sont avantageusement portés par la tringle servant à supporter ledit outil. Il convient alors de disposer des galets assurant une ouverture convenable du tube juste avant l'entrée du poste de 20 soudage, puis des galets avec des moyens plaçant les rives dans une position correcte par rapport au faisceau d'électrons, et enfin des galets refermant le tube juste avant le soudage et des galets maintenant les rives serrées l'une contre l'autre après le soudage. De cette manière, les moyens d'étanchéité peuvent 25 être supportés, à l'intérieur du tube, par un support passant entre les rives du feuillard écartées avant l'entrée du poste de soudage. Les moyens assurant la protection d'au moins la face inférieure du tube sont de préférence constitués par une pièce en 30 molybdène, par exemple sous la forme d'un barreau. Dans le cas d'une tringle, ou support analogue, disposé à l'intérieur du" tube, il faut aussi assurer la protection de cette tringle contre le faisceau d'électrons. Il est alors avantageux de faire en sorte que la tringle soit constituée en partie par un maté-35 riau réfractaire tel que le molybdène, ou bien que ladite tringle comporte une nacelle dans laquelle est logé le barreau de molybdène ou analogue. Par ailleurs, selon une particularité supplémentaire de l'invention, il est préférable d'appliquer au tube, au voisinage 40 de la zone de soudage, un préchauffage connu en soi pour les 69 01075 2000588 tubes en acier ordinaire et aussi pour les tubes en acier inoxydable soudés sous atmosphère inerte ou ionisante. Divers modes de réalisation de ce préchauffage sont possibles. Un premier moyen œnsiste à déformer le faisceau d'élec-5 trons fourni par le canon pour réaliser la soudure, de façon que la déformation du spot assure tin préchauffage des rives. On peut aussi disposer un canon supplémentaire en amont du canon principal. On peut enfin réaliser le préchauffage par induction à moyenne fréquence ou à fréquence radio. 10 D'autres particularités faisant également partie de l'in vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre avec le dessin annexé à l'appui donné surtout à titre d*exemple et sur lequel : la figure 1 est une vue schématique avec coupe d'une par-15 tie de la chaîne de fabrication d'un tube soudé selon l'invention, la figure 2 montre schématiquement l'intérieur d'un tube en cours de fabrication et les figures JÀ et 3B montrent des variantes de réalisation 20 des moyens de protection de la face inférieure du tube. Sur la figure 1, on a désigné par 1 un feuillard en défilement continu qui a été déjà conformé, par des postes précédents non représentés, en un tube de section circulaire. Un jeu de galets 2 combinés avec une lame fixe ou mobile 2a assure une ou-25 verture convenable du tube à l'entrée du poste de soudage, afin que les moyens susceptibles d'assurer le vide voulu à l'intérieur du tube puissent être introduits dans celui-ci. Le poste de soudage comprend un canon à électrons désigné d'une manière générale par 2', formé d'un filament 3, une ca-30 thode 4, une anode 5» avec des cibles d'alimentation 6 pour le filament et la cathode. Dans l'axe du canon, est placée une bobine de concentration 7 reliée à une source de tension convenable . Le canon à électrons, dans lequel règne le vide nécessaire 35 grâce à une pompe (non représentée) est branché sur un carter tubulaire 8 capable de contenir un jeu de galets convenables, et prolongé à chaque extrémité par des manchons 9 et 10 respectivement, de grande longueur, soit quelques mètres. Au voisinage de la zone de soudage, une pompe à vide 11 est branchée sur le 40 carter 8. - 69 01075 Les galets contenus dans le carter 8 peuvent comprendre un premier jeu 12 coopérant avec une lame 13 pour placer les rives du feuillard dans une position correcte par rapport au faisceau d'électrons émis par le canon 2'. Ce premier jeu de ga-5 lets est suivi d'un second jeu 14 servant à refermer le tube juste avant le soudage, et d'un jeu de galets presseurs 15 maintenant les rives serrées l'une contre l'autre juste après le soudage. Au voisinage des extrémités libres des manchons, on réali-10 se de préférence un vide peu poussé entre le manchon et le tube, grâce à une pompe telle qu'une pompe à palettes 16, 17 respectivement, aspirant dans des chambres annulaires 18 et 19 respectivement, prévues à cet effet. En outre, des moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques 20 et 21, au contact du tube, as-15 surent une étanchéité à l'extrémité des manchons. A l'intérieur du tube, il convient de disposer, dans certains cas, un outil 22 servant normalement à racler ou écraser le cordon de soudure. Cet outil est porté par une barre ou un élément tubulaire 23 qui sert alors simultanément de support 20 aux moyens d'étanchéité intérieurs 24 et 25. Si un tel outil n'est pas indispensable, on prévoit un support correspondant. Ces moyens d'étanchéité sont disposés au contact de la surface interne du tube pour compléter l'action d'étanchéité des moyens extérieurs 20 et 21. 25 Le moyen d'étanchéité intérieur 24, disposé sensiblement au droit du dispositif extérieur 20 peut être avantageusement composé d'un cylindre en matière plastique, par exemple en poly-tétrafluoréthylène, avec une nervure longitudinale extérieure positionnée à la partie supérieure du tube et venant obstruer 30 partiellement 1'ouverture assurée par la lame 2a. Le moyen d'étanchéité 25, qui peut être de très grande longueur est éventuellement rendu plus efficace si l'on fait arriver sur l'extrémité haute aval de ce moyen, et à l'aide d'-.un petit tube 26, incorporé à la tringle 23 ou au tube porteur, 35 un débit régulier d'un liquide à très faible tension de vapeur, liquide qui imprègne l'ensemble de la surface intérieure du tube. Il peut être également intéressant de disposer une pompe supplémentaire maintenant un v.ide partiel à l'intérieur même du tube. Ce vide peut être créé par l'intermédiaire de la tringle 40 23 servant de support pour les moyens d'étanchéité intérieurs 69 01075 -6- 2000588 et éventuellement l'outil de raclage du cordon de soudure. Sur le trajet du faisceau d'électrons, au-dessous de la face supérieure du tube, il convient de mettre en place une masse protégeant à la fois la face inférieure du tube et la 5 tringle ou élément tabulaire 23 (Fig. 3A). Cette masse est en matériau réfractaire, de préférence en molybdène. Elle peut se présenter sous la forme d'un barreau 27 constituant une partie de la tringle 23. On peut aussi disposer sur la tringle ou l'é- / lément tubulaire 23 une nacelle 28 dans l'épaisseur de laquelle 10 est logé le barreau de molybdène 29 (î"ig. 3B). Il peut être avantageux de refroidir la masse de protection par une circulation d'eau. Il est préférable d'appliquer au tube, au voisinage de la zone de soudage, un préchauffage, mesure qui est déjà connue en 15 soi pour le soudage des tubes en acier ordinaire et aussi pour le soudage des tubes en acier inoxydable sous atmosphère inerte ou ionisante. Dans l'exemple représenté ce préchauffage est réalisé par un canon à électrons supplémentaire 30, incliné par rapport à l'axe du canon principal 2'. On peut aussi utiliser à 20 cet effet des bobines d'induction 31 à moyenne fréquence ou à fréquence radio. Bien entendu, la chaîne de fabrication de tubes soudés conformément à l'invention doit être modifiée par rapport à ce qui existe sur une chaîne classique, non seulement en remplaçant le 25 poste de soudage classique par un poste de soudage par bombardement électronique, mais encore en augmentant la distance séparant le poste de soudage du poste de formage et du poste de calibrage respectivement, de façon à permettre la mise en place des manchons de grande longueur liés au carter du poste de soudage. En 30 outre, le feuillard utilisé doit être propre et sec et en particulier, exempt d'huile pour éviter toute évaporation dans la zone de soudage. Il va de soi que le mode de réalisation décrit a surtout été donné à titre d'exemple et qu'il peut recevoir de nombreuses 35 modifications sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi que d'autres pompes telles que 16 et 17 peuvent être disposées au voisinage du carter 8 et que l'on peut prévoir deux pompes telles que 11 de part et d'autre de l'axe 40 du canon à électrons 2'. De même, il peut être avantageux de 69 01075 -7- 2000588 former des chicanes dans les manchons 9» "10 pour réaliser des sortes de caissons sur chacun desquels est branchée une pompe. Enfin, pour réaliser une étanchéité en 20, c'est-à-dire à l'aval du poste de soudage, on peut disposer une pompe annulaire souf-5 fiant un voile fluide de façon sensiblement tangentielle sur le tube dans le sens du déplacement de celui-ci. En outre, on peut associer à la pompe 11, une pompe auxiliaire de régulation 11' commandée à partir d'un pressostat 11" mesurant le vide au voisinage de la zone de soudage. Cette pompe 10 11* complète l'action de la pompe principale 11 pour que le vide dans la zone de soudage soit constant quelles que soient les fluctuations de pression dues à la fabrication. 69 01075 - HEVMDICAIIOKS - V 1 - Poste de soudage sous vide par bombardement électronique d'un tube métallique en défilement continu, comprenant un canon à électrons branché sur un carter étanche capable de 5 contenir les jeux de galets nécessaires au guidage et à la soudure du tube, et prolongé à chaque extrémité par des manchons de longueur suffisante pour que, compte tenu des moyens d'étanchéité supplémentaires éventuellement prévus aux extrémités libres des manchons et/ou de vides partiels réalisés dans lesdits' 10 manchons, le vide obtenu par au moins une pompe principale branchée au-voisinage de la zone de soudage soit suffisant pour permettre ledit soudage, des moyens d'étanchéité étant prévus à l'intérieur du tube à l'amont et à l'aval du poste de soudage, et des moyens étant prévus à l'intérieur du tube pour assurer au 15 moins la protection de la face inférieure du tube contre l'action du faisceau d'électrons délivré par ledit canon. 2 - Poste de soudage selon 1, dans lequel, le long des manchons, il est prévu des moyens d'étanchéité mécaniques hydrauliques ou pneumatiques destinés à être en contact avec le 20 tube, et un vide peu poussé réalisé par des pompes branchées sur l'espace compris entre le tube en défilement et les manchons « 3 - Poste de soudage selon 1 dans lequel les moyens d'étanchéité intérieurs comprennent des moyens mécaniques tels que des cylindres en matière plastique à faible coefficient de frot- 25 tement. 4- - Poste de soudage selon 1 ou 3, comportant un outil .de raclage du cordon de soudure, porté par une tringle ou tubulure disposée à l'intérieur du tube dans lequel lesdits moyens d'étanchéité intérieurs sont portés par ladite tringle ou tubulure. 30 5 - Poste de soudage selon 1, dans lequel la protection d'au moins la face inférieure du tube est assurée par uji barreau en molybdène. 6 - Poste de soudage selon 1 ou 5» comportant un outil de raclage du cordon de soudure, porté par une tringle ou tubulure 35 disposée à l'intérieur du tube, dans lequel lesdits moyens de protection sont portés par ladite tringle ou tubulure. 7 - Une chaîne de fabrication continue de tubes métalliques soudés comprenant en particulier un poste de formage, un poste de soudage selon l'une des revendications précédentes et un 40 poste de calibrage, des galets étant disposés pour assurer une 69 01075 -9- 2000588 ouverture convenable du tube juste avant l'entrée dudit poste de soudage, avec des galets coopérant avec des moyens d'ouverture pour placer les rives dans une position correcte par rapport au faisceau d'électrons, et des galets refermant le tube 5 juste avant le soudage. 8 - Une chaîne de fabrication selon 7» comportant un outil de raclage du cordon de soudure, porté par une tringle ou tubulure engagée dans le tube par l'ouverture ménagée juste avant l'entrée du poste de soudage, ladite tringle ou tubulure por-10 tant les moyens d'étanchéité intérieurs et les moyens de protection. -