Brevet FR2027603A1 — publié le 19701002

-1- 2027603 La présente invention se rapporte à des corps tubulaires et un procédé et un appareil pour les fabriquer. Elle se rapporte particulièrement sans se limiter à celle-ci à la production de tuyaux suivant des sections continues et distinctes. 5 Dans le brevet britannique n° 1.176.241 on a décrit un pro cédé pour fabriquer de grosses canalisations en acier à haute pression et paroi mince, qui présente par exemple un diamètre allant de 152 à 1520 mm, en enroulant des bandes d'acier hélicoïdales minces et larges d'une épaisseur par exemple de 2,5 mm et d'une largeur 10 de 1529 mm en les faisant se recouvrir d'elles-mêmes afin de fabriquer un tuyau comportant par exemple quatre couches, le recouvrement étant lié ensemble, par exemple par brasage ou en utilisant des adhé sifs synthétiques du type à base de résine et en les faisant dilater au-delà de leur limite d'élasticité une fois en place, afin de sup-15 primer les crans de leur alésage et de leur surface, le procédé décrit dans cette description était basé sur l'utilisation d'une ban de qui, auparavant avait été étiréed'une manière différentielle sur sa largeur, de façon à permettre d'enrouler le tuyau sous une tension modérée sans former des intervalles entre les couch.es se reco.u~ 20 vrant. Suivant l'un de ses aspects, la présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer un corps tubulaire dans lequel une bande métallique mise sous tension est enroulée en hélice en se recouvrant d'elle-même suivant des gradins plats sur les segments 25 d'un gabarit ou mandrin cylindrique , les segments étant contraints d'exécuter un mouvement hélicoïdal par rapport à la bande qui arrive et qui est enroulée sur le mandrin à sa limite d'élasticité de sorte que la bande est allongée d'une façon différentielle au-delà de sa limite d'élasticité pour qu'Ile puisse reposer à plat sur 30 le corps déjà enroulé sur le mandrin, le corps étant propulsé d'une manière continue pour le faire sortir de l'extrémité du mandrin. A l'aide de la présente invention, il est possible de fabriquer un corps cylindrique aplati, à couche-multiple se recouvrant d'elle-même en une seule opération, en partant directement d1 une 35 bande d'acier droite enroulée, sans exécuter l'opération antérieure consistant à étirer d'une manière différencielle la bande, ni l'opération ultérieure consistant à aplatir le recouvrement après 1! enroulement. 69 44476 -2- 2027603 .Le mouvement hélicoïdal relatif des segments peut être obtenu en faisant tourner le mandrin autour de son axe, ou bien en utilisant un mandrin non tournant et en faisant avancer la bande vers celui-ci à l'aide d'un moyen appliquant une tension 5 inverse, lequel tourne autour du mandrin ; et dans chaque cas, les segments sont contraints de se déplacer axialement par rapport au mandrin et en hélice, par rapport à la bande qui arrive. La présente invention se rapporte également à un mandrin servant à enrouler un corps tubulaire en une bande métallique, 10, ce mandrin comprenant une série de segments en contact intime avec lesquels la bande est enroulée et qui sont montés de manière à se déplacer d'un mouvement indépendant, parallèlement à l'axe du mandrin. Entre le mandrin et le moyen appliquant la tension inverse, 15 la bande peut se trouver à une tension correspondant à sa limite d'élasticité ou bien elle peut être enroulée à une tension plus faible et un effort secondaire peut être appliqué à la ligne de recouvrement où. la bande rencontre le mandrin à l'aide de rouleaux de pincement ou de semelle qui élèvent l'effort appliqué jusqu'à la 20 limite de la siccité. Dans l'un et l'autre cas, on utilise des tensions de valeurs élevées et le mandrin est construit de manière à résister aux tensions d'enroulement pouvant s'élever jusqu'à la valeur de la limite d'élasticité.Du fait qu'il y a un contact statique entre la bande enroulée et les segments, le couple nécessaire 25 pour obtenir les tensions de valeurs élevées est appliqué par le frottement statique entre la bande et les segments, lequel frotte- ' ment est produit par la pression périphérique exercée par la tension de la bande. De cette manière, la surface du mandrin qui- est en contact avec la bande estèuffisamment grande pour assurer la 30 transmission du couple nécessaire à la valeur existant du coefficient de frottement, tandis qu'il est souhaitable que, ce coefficient soit élevé afin de pouvoir raccourcir la longueur- effective du mandrin. - Du fait du mouvement axial des segments, le corps cyliiidri-35 que enroulé-est propulsé d'une manière continue hors du mandrin, à mesure que se poursuit l'enroulement. Il est par suite possible d'enrouler des sections allongées et continues. Lorsque le corps 69 44476 2027603 quitte le mandrin, la tension périphérique à la limite d'élasticité cesse d'agir et le corps se contracte sur toute sa gamme d'élasticité, en conservant de faibles efforts résiduels d'autofrettage. On peut utiliser des rouleaux en hélice ou d'autres éléments 5 semblables tels que des semelles agissant sur la bande pendant qu'elle est enroulée sur le mandrin afin de concentrer l'effort élastique de la bande à la ligne de recouvrement où. la bande arrivant commence par rencontrer le corps déjà enroulé sur le mandrin, en appliquant un effort secondaire. De tels rouleaux peuvent également 10 être utiliséqé, la ligne de recouvrement pour assurer un aplatissement complet des crans successifs formés à l'extérieur du corps cylindrique pendant l'enroulement. Des rouleaux extérieurs orientés en hélice peuvent également être utilisés pour assurer un serrage sans glissement entre le corps cylindrique qui est enroulé et le 15 mandrin. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif mais nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention. 20 Sur ce dessin, la figure 1 est une vue latérale d'un mandrin dont la moitié est représentée en coupe verticale axiale, la figure 2 est une vue en bout prise du côté droit de la figure 1, et | 25 la figure 3 est une coupe à travers la paroi d'un tuyau en roulé. Pour fabriquer le tuyau, la bande d'acier large et mince qui n'a pas subi d'étirage différentiel est tirée d'un dévidoir et passe sur un ou plusieurs rouleaux appliquant une tension contraire 30 et qui assure un serrage suffisant sur la bande pour s'opposer à l'application d'une tension l'amenant jusqu'à sa limite d'élasticité. Du ou des rouleaux appliquant la tension contraire, la bande passe sur un mandrin, tel que celui représenté sur les figures 1 et 2 et elle est enroulée sur celui-ci suivant un angle d'hélice choisi de 35 manière à obtenir une structure à couche multiple se recouvrant d'elle-même, avec un nombre donné, par exemple quatre, de .couches se recouvrant. 69 44476 "4" 2027603 le mandrin qu'on voit sur les figures 1 et 2 est conçu de manière à se déplacer suivant un mouvement hélicoïdal, comme décrit plus loin, qui correspond à l'angle suivant lequel la bande lui est offerte, et à appliquer une poussée hélicoïdale à la 5 structure qui est égale à la tension correspondant à la limite d'élasticité. Le mandrin est mis en rotation à une vitesse légèrement supérieure à la vitesse de la bande à l'endroit des rouleaux appliquant la tension contraire. De ce fait, à l'endroit du mandrin, la bande est soumise à un effort suffisant pour céder et pour s'al-10 longer d'une manière différentielle suivant des incréments distincts sur sa largeur du fait du recouvrement assuré par l'enroulement. Ceci est visible sur la figure 3, ou l'un des recouvrements 12 de la bande est représenté hachuré. Du fait des couches en recouvrement 13 enroulées précédentes, la surface sur laquelle le recouvrement 15 12 est enroulé prend la forme d'une série d'échelons plats qui sont tous parallèles à l'axe du mandrin mais qui se trouvent à des rayons différents par rapport à cet axe. A mesure que la bande est enroulée à une tension rentrant dans sa gamme d'élasticité et que la vitesse périphérique du mandrin est.supérieure à la vitesse de la bande non-20 étirée, la largeur 12A qui est enroulée sur le mandrin est étirée d'une manière moindre que la largeur 12B qui est enroulée sur le premier gradin de la paroi déjà formée du tuyau. De même, en travers de la largeur de la bande qui est enroulée, les sections de 12C à 12î" sont étirées d'une manière croissante. Du fait de l'étira-25 ge différentiel de la bande, les épaisseurs des diverses largeurs 12A-12F diminuent légèrement et successivement, cette épaisseur dépendant de la distance radiale des gradins successifs par rapport à l'axe du mandrin,, Lorsque le tuyau quitte le mandrin et que la bande qui le 30 constitue cesse d'être soumise à la tension,; les couches se contractent d'une façon élastique et le diamètre de la paroi intérieure du tuyau se réduit à la valeur voulue avec une pression résiduelle d'autofrettage entre les couches. Bien entendu, l'allongement permanent au-delà de', la limite d'élasticité subsiste; . 35 Les rouleaux appliquant la tension contraire sont reliés par un engrenage au mandrin afin d'obtenir la différence de vitesse réglée nécessaire et de produire à nouveau le couple antagoniste 69 44476 ? 2027603 qui est produit par les rouleaux appliquant la tension contraire. De plus, chaque recouvrement de la bande est fixé au recouvrement précédent par soudage, "brasâge ou en appliquant un adhésif à base d'une résine synthétique. 5 Des rouleaux hélicoïdaux extérieurs, des semelles ou des dispositifs semblables appliquant une pression peuvent être utilisés pour agir sur le tuyau qui est enroulé sur le mandrin. Ces dispositifs concentrent l'allongement de la bande à la ligne de recouvrement en appliquant un effort secondairej dans ce cas, la 10 tension de la bande entre les rouleaux appliquant la tension contraire et le mandrin peut être inférieure à la limite d'élasticité. De plus, on peut utiliser des rouleaux ou d'autres dispositifs à l'endroit de la ligne de recouvrement pour assurer un aplatissement complet des gradins successifs formés sur le tuyau, les rouleaux 15 extérieurs orientés en hélice peuvent être utilisés pour assurer un serrage sans glissement entre le tuyau qui est enroulé et le mandrin. En se reportant maintenant à la construction du mandrin qu'on voit sur les figures 1 et 2, un arbre creux 20 présente sur sa 20 surface extérieure, parallèlement à son axe, un certain nombre ici de 32, de fentes 22 dans chacune desquelles coulisse un segment individuel 23 qui fait saillie à l'extérieur de l'arbre et qui peut présenter des faces planes ou courbées en contact avec le tuyau. 69 44476 -6- 2027603 Chaque segment 23 porte vers son extrémité de gauche, en observant la figure 1, une contre-came sous la forme d'un galet 25> les galets de tous les segments roulant dans une piste de eame 26 formée dans une couronne 27 entourant l'arbre creux et qui est 5 montée sur un pied d'une seule pièce 28. La piste de came 26 est conçue de telle sorte que lorsque l'arbre 20 tourne, chaque segment,à son tour, se déplace axialement vers la droite sur la figure 1, sur à peu près un demi-tour. Le galet contre-came 25 rencontre alors l'élément 30 de la piste de came et- le segment est retiré 10 rapidement vers la gauche, c'est-à-dire dans la direction opposée au mouvement du tuyau sur l'arbre creux, ce mouvement se répétant pour le second demi-tour. Les divers segments se suivent les uns les autres dans leur mouvement axial de sorte qu'ils sont retirés (vers la gauche) tour à tour. On voit par suite que chaque segment 15 effectue tour à tour un mouvement de va-et-vient parallèlement à l'axe du mandrin, la partie de rappel du mouvement de va-et-vient ne constituant qu'une petite partie du cycle de ce dernier ; les mouvements de va-et-vient des divers segments étant légèrement décalés en phase les uns par rapport aux autres,-de sorte que 20 seul un petit nombre de segments sont rappelés à un instant déterminé . Bien qu'on : ait représenté sur les dessins une piste de came qui fasse déplacer chaque segment de deux mouvements de va-et-vient pour chaque tour du mandrin, la piste de came peut être 25 modifiée de manière à n'appliquer qu'un seùl-mouvement de va^et-vient par tour ; le nombre de segments effectuant le mouvement de rappel à tout moment peut alors être réduit et peut descendre jusqu'à un. Le rappel peut en variante être obtenu par un effet de bascule. De plus, la construction du mandrin peut être modifiée 30 de telle sorte que les segments passent sur des billes ou d'autres pistes, afin de réduire le frottement. De plus, les segments peuvent être réalisés de façon à présenter une face complètement cylindrique à la bande. Bien entendu, la bande est enroulée sur les segments 23 35 et la piste de came 26 est conçue de telle sorte que le mouvement vers l'avant des segments est tel.que le tuyau,pendant qu'il est enroulé, se déplace suivant un trajet hélicoïdal, dont l'angle 69 44476 -7- 2027603 d'hélice est égal à l'angle suivant lequel la "bande est avancée vers le mandrin. Du fait que seul un nombre limité de segments 23 sont rappelés vers la gauche à tout moment et que la pression axiale exercée par le tuyau sur les segments 23 qui l'entraînent suivant 5 un mouvement en hélice est très supérieure à la résistance dirigée vers l'arrière exercée sur le tuyau par la faible proportion de segments qui sont rappelés vers l'amont, les segments qui pont rappelés n'ont aucun effet sur le parcours approprié en hélice du tuyau. 10 Du fait qu'il n'y a aucun mouvement relatif entre le tuyau enroulé et les segments qu^ont avancer le tuyau vers l'avant, le couple qui doit être transmis au tuyau pour obtenir la tension nécessaire de la bande est transmis par la friction entre les segments et le tuyau. La longueur du mandrin est choisie de telle 15 sorte que la surface de cpntact des segments est suffisante pour permettre de transmettre ce couple avec le coefficient de frottement existant. Pour réduire cette longueur, on peut augmenter le coefficient de frottement en aplatissant légèrement ou en nervurant les faces de contact des segments, ou à l'aide de procédés sem-20 blables. Au lieu d'utiliser un dispositif fixe appliquant une tension contraire et un mandrin tournant, il est bien entendu possible d'utiliser un mandrin non tournant et un dispositif appliquant une f tension contraire 'qui tourne autour de ce derniers Du fait des 25 déplacements dans le sens de l'axe des segments dans ce dernier cas> les segments et le corps tubulaire- formé sur le mandrin exécutent comme précédemment un mouvement relatif en hélice vis-à-vis de la bande arrivant et l'angle d'approche de la bande est choisi de façon égale à l'angle d'hélice de ce mouvement. 30 II va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 44476 -8- 2027603 - EEVEMICATIONS - 1. Procédé pour fabriquer un corps tubulaire, caractérisé en ce qu'il consiste à enrouler hélicoïdalement une bande métallique tendue, de manière à ce qu'elle se recouvre d'elle-même sui- 5 vant des crans plats sur les segments d'un mandrin cylindrique, les segments étant contraints d'exécuter un mouvement hélicoïdal par rapport à la bande qui arrive, laquelle est enroulée sur le mandrin à sa limite élastique de sorte qu'elle est allongée d'une façon différentielle au-delà de sa limite d'élasticité, afin de 10 pouvoir reposer à plat sur le corps déjà enroulé sur le mandrin, le corps étant propulsé d'une manière continue hors de l'extrémité du mandrin. 2. Procédé pour fabriquer un corps tubulaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le couple d'enroulement est 15 transmis au corps : enroulé sur le mandrin par la friction entre les segments du mandrin et le corps, celle-ci étant produite par la pression périphérique exercée par la tension élastique appliquée à la bande. 3. Procédé pour fabriquer un corps tubulaire suivant la 20 revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le mandrin tourne, les segments et le corps enroulé exécutant un mouvement hélicoïdal. 4. Procédé pour fabriquer un corps tubulaire suivant la revendication 2, caractérisé,en ce que la bande est avancée vers 25 le mandrin par un dispositif appliquant une tension contraire qui tourne autour du mandrin, les segments et 1s corps enroulé se déplaçant axialement. 5. Procédé pour, fabriquer un corps tubulaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 30 la bande subit une tension contraire à sa limite élastique. 6. Procédé pour fabriquer un corps tubulaire suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que la bande subit une tension contraire à une tension inférieure à la tension correspondant à sa limite d'élasticité, un effort secondaire 35 étant appliqué perpendiculairement à la bande à la ligne de recouvrement ou elle rencontre le mandrin à l'aide de rouleaux de pincement ou de semelle qui élèvent l'effort appliqué jusqu'à la 69 44476 , "9" 2027603 limite d'élasticité. 7. Mandrin servant à enrouler un corps tubulaire formé à partir d'une bande métallique, caractérisé en ce qu'il comprend une série de segments en contact intime avec lesquels la bande est 5 enroulée et qui sont montés de manière à se déplacer indépendamment parallèlement à l'axe du mandrin. 8. Mandrin suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les segments sont agencés de manière à tourner ensemble autour de l'axe du mandrin, des moyens servant à appliquer aux segments des 10 mouvements de va-et-vient axiaux successifs dont la partie avant donne au segment son mouvement hélicoïdal, tandis que la partie de rappel constitue une proportion relativement faible de la période du mouvement de va-et-vient. 9. Mandrin suivant la revendication 7 ou la revendication 8, 15 caractérisé en ce que les segments sont montés de manière à se déplacer axialement sur un arbre creux. 10. Mandrin tournant suivant l'une quelconque des revendications de 7 à 9i caractérisé en ce que le moyen servant à déplacer axialement les segments comprend une piste de came fixe et en prise 20 avec celle-ci un galet de came monté sur chacun des segments. 11. Ensemble caractérisé en ce qu'il comprend un mandrin tournant suivant la revendication 8 et un dispositif fixe appliquant une tension contraire faisant avancer la bande à enrouler sur le mandrin suivant un angle d'approche égal à l'angle d'hélice du mou- 25 vement hélicoïdal des segments. 12. Ensemble suivant la revendication 7 d'un mandrin et d'un dispositif appliquant une tension contraire, caractérisé en eç'que ce dernier est agencé de manière à tourner autour du mandrin qui est fixe et à faire avancer la bande vers le mandrin suivant un 30 angle d'approche égal à l'angle d'hélice dyîmouvement hélicoïdal des segments par rapport au dispositif appliquant la tension contraire. 13. Tuyau enroulé à partir d'une bande droite avec des couches se recouvrant d'elles-mêmes et à la limite d'élasticité, caractérisé en ce qu'elle est fabriquée par le procédé suivant l'une 35 quelconque des revendications de 1 à 6. 14. Tuyau enroulé à partir d'une bande droite avec des couches multiples se recouvrant d'elles-mêmes et à la limite d'élasticité, caractérisée en ce qu'elle est enroulée à l'aide d'un 69 44476 -*o- 2027603 mandrin suivant l'une quelconque des revendications de 7 à 10, ou à l'aide d'un, ensemble suivant la revendication 11 ou la revendication 12.