Brevet FR2132209A1 — publié le 19721117

i 2132209 Certains tubes métalliques sont fabriqués à partir d'une bande de tôle convenablement roulée longitudinalement de manière que ses bords se rapprochent ptogressivement l'un de l'autre puis, lorsque les deux bords sont en contact, ils sont soudés ensemble par haute fréquence 5 de manière à constituer un tube continu. L'appareil de soudage mis en oeuvre dans un tel procédé est, par exemple, du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 037 105. Un des éléments essentiels de l'appareil de soudage est une bobine d'induction. Pour le soudage de métaux tels que l'aluminium ou l'acier, 10 les bobines d'induction classiques donnent en général d'excellents résultats ; cependant, lorsque ces bobines classiques sont employées au soudage du cuivre ou des alliages cuivreux, leur utilisation pose certains problèmes j créés notamment par la haUit conductibilité du cuivre et de ses alliages, car, dans ce cas. la bobine d'induction doit être alimentée à haute puissance. 15 Les bobines d'induction des appareils classiques de soudage sont en général à spire unique et comprennent un élément cylindrique fendu dont une extrémité constitue le nez. Des éléments refroidisseurs sont liés en contact intime avec la plus grande partie de l'élément cylindrique, à l'exception du nez. Lorsqu'une telle bobine est utilisée aux hautes puissances 20 nécessaires au soudage du cuivre et de ses alliages, son nez s'échauffe exagérément et tend fréquemment à brûler. La bobine d'induction de l'invention est du type à spire unique et le dispositif refroidisseur,associé à son corps cylindrique5est également associé à la section constituant le nez. Ce dernier étant ainsi également 25 refroidi, il est protégé contre les surchauffes et ne risque pas de brûler. L'invention a donc pour objet une bobine d'induction destinée au soudage du cuivre ou des métaux cuivreux et qui comprend un corps principal cylindrique fendu., dont le nez comporte un dispositif de refroidissement. De ce fait, la longueur du nez peut être maximale et la longévités ainsi que 30 l'efficacité de la bobine, sont très supérieures à celles des bobines classiques. L'invention sera décrite en détail ci-après, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un appareil classique de soudage par haute fréquence qui peut être équipé d'une 35 bobine d'induction conforme à l'invention, - les figures 2A et 2.B sont respectivement des vues en élévation frontale et latérale d'une bobine d'induction classique, et 72 11H0 2 2132209 - les figures 3A et 3B sont respectivement des vues en élévation frontale et latérale d'une forme de réalisation de la bobine d'induction de l'invention. L'appareil à souder classique 1 représenté en perspective 5 sur la figure 1 est destiné au soudage longitudinal d'une bande métallique préformée 2 pour constituer un tube étanche continu. Dans l'appareil de soudage, les deux bords opposés 3 et 4 de la bande métallique sont initialement séparés par une fente longitudinale 5 dans le tube, préformé 2, puis rapprochés et soudés finalement ensemble par haute fréquence. 10 Selon une technique couramment utilisée, le tube ouvert 2 est préformé dans un laminoir classique non représenté,, disposé immédiatement en amont de l'appareil de soudage 1. En général, le laminoir comprend plusieurs trains de cylindres entre lesquels la bande métallique passe successivement et se roule peu à peu dans le sens longitudinal pour prendre finalement la 15 forme du tube ouvert 2. Par ailleurs, d'autres trains de cylindres confor- mateurs peuvent être disposés immédiatement en aval de 1'appareil de soudage 1 pour procéder à des opérations de finition sur le tube soudé et notamment pour lui donner sa forme définitive parfaitement cylindrique. En général, les cylindres sont entraînés par un dispositif moteur et ils entraînent eux-mêmes à grande 20 vitesse le tube dans le sens longitudinal. Dans certaines installations, les cylindres sont fous ou peuvent être remplacés par des filières, et dans ces cas, le tube est entraîné dans le sens longitudinal par un dispositif à galets 6. Ce dispositif d'entraînement comprend deux galets presseurs à 25 jante concave qui serrent entre eux le tube par ses deux côtés opposés et l'entraînent de manière que la fente longitudinale 5 se ferme progressivement et se termine par une pointe en V 8 au point de soudage 7. Au fur et à mesure que le tube ouvert 2 avance vers le point de soudage 7, ses bords 3 et 4 se resserrent jusqu'au niveau de la pointe 8 et se soudent ensemble pour consti-30 tuer une ligne de soudure longitudinale continue 9. Dans la section délimitant la pointe en V 8, les bords 3 et 4 du tube sont chauffés par une bobine d'induction 10. Le nez 11 de la bobine 10 se prolonge jusqu'au voisinage des jantes 12 des galets presseurs 6 de manière qu'il accompagne le plus loin 35 possible les bords 3 et 4 du tube vers le point de soudage 7. La bobine est alimentée par une source de courant électrique à haute fréquence non représentée. La fréquence du courant est normalement supérieure à 10 VHz, et elle est de préférence égale ou supérieure à 100 kHz 72 11110 3 2132209 La bobine communique également avec une source (non représentée) d'agent de refroidissement qui circule dans des canaux appropriés de manière à éviter son échauffement exagéré. Normalement, l'appareil 1 comporte également une impédance 13 qui augmente l'efficacité de la bobine 10 en augmentant l'impédance des courants électriques circulant par la partie pleine du tube située à l'opposé de sa fente. Cette impédance a pour effet de freiner l'écoulement du courant dans le sens circulaire du tube 2 et d'augmenter l'intensité du courant électrique le long des bords 3 et 4 à partir d'un point du bord 3 voisin de la bobine 10 jusqu'au. point de soudage 7 de ce dernier,, puis du point 7 vers un point du bord 4 voisin de la bobine 10. Cet effet augmente l'efficacité du chauffage des bords 3 et 4 du tube ouvert, qui sont ainsi portés à la température de soudage lorsqu'ils arrivent au point 7. L'impédance 13 peut être de type classique ; il a, par exemple, la forme représentée schématiquement sur la figure 1, et il comprend un écran 14 fixé à un bras de support creux 15 traversant la fente 5. L'écran 14 est représenté schématiquement sur la figure 1 et il peut,en faiti avoir n'importe quelle forme appropriée. Une source non représentée d'agent de refroidissement tel que de l'eau est reliée au bras creux 15 et circule dans l'écran 14 autour d'un noyau magnétique 16 disposé dans ce dernier. La matière magnétique constituant le noyau doit être de nature isolante pour réduire au maximum les pertes par courants de Foucault. Il est, par exemple, en oxyde magnétique fritté présentant un faible facteur de perte et une haute résistivité spécifique. Il est par exemple en "Ferramic"., produit commercialisé par la Société General Ceraraie and Steatite Corporation, et dont la perméabilité électrique est sensiblement supérieure à l'unité. A partir du bras creux 15, l'eau circule dans l'écran 14 et autour du noyau 16.de manière à refroidir ce dernier puis elle s'échappe par des trous 17 en s'écoulant dans le tube soudé. Un outil d'ébavurage 18 représenté schématiquement permet de supprimer le bourrelet de métal qui se forme à l'intérieur du tube 1b long de la ligne de soudage 9. L'outil 18 est un outil coupant classique monté à l'extrémité de l'écran 14 de l'impédance. En outre, comme l'angle de la pointe 8 de la fente est important, un écarteur 19 est généralement monté en amont de la bobine 10 pour maintenir les bords 3 et 4 du tube ouvert avec précision à 1'écartement correspondant à l'angle désiré. Cet écarteur est en matière isolante, et il est engagé dans 72 1:1110 4 2132209 la fente de manière que le train de cylindres non représentés et montés en aval plaque les bords opposés 3 et 4 du tube contre les flancs de cet écarteur et que la fente conserve une largeur constante à ce niveau. Comme on le voit sur les figures 2A et 2B, la bobine 10 5 est supportée par deux plaques parallèles verticales 20j situées à faible distance l'une de l'autre et dont l'extrémité inférieure est brasée sur le corps cylindrique 21 de la bobine. Dans une bobine classique, le corps cylindrique est partagé longitudinalement par une fente 22 qui délimite un nez avant 23 prolongeant le corps 21 de part et d'autre de la fente 22. 10 Les plaques de support 20 sont elles-mêmes fixées à des blocs conducteurs 24 reliés à la source de courant à haute fréquence. Pour empêcher l'échauf-fement de la bobine en utilisation normale, des refroidisseurs 25 sont plaqués contre le corps cylindrique de la bobine 10 et contre les faces extérieures opposées des plaques 20. 15 En général, les bords inférieurs des plaques 20 sont brasés à l'argent sur la bobine 10. Les refroidisseurs 25 sont normalement constitués par des tubes de cuivre brasés sur la face extérieure du corps cylindrique 21 de la bobine et sur la face extérieure des plaques 20. Les extrémités 26 du tube 25 sont reliées à la source de fluide de refroidissement 20 circulant dans les refroidisseurs et empêchant la bobine de s'échauffer exagérément. La bobine 10 qui vient d'être décrite en regard des figures 1, 2A et 2B convient le mieux au soudage des métaux tels que l'acier, l'aluminium, et les alliages à base d'aluminium. Pour le soudage de métaux tels qùe le 25 cuivre et ses alliages, la faible résistivité et la conductibilité thermique élevée de ces métaux provoquent une perte de puissance très importante. Pour compenser ces pertes, il est nécessaire d'augmenter la puissance d'alimentation de la bobine pour augmenter l'intensité du courant dans cette dernière. En général, pour le soudage du cuivre, l'intensité est d'environ 30 10 fois supérieure à l'intensité nécessaire au soudage de l'acier. En outre, en raison de la proximité et de la forme de la bobine, le courant se concentre dans la zone du nez et ce dernier s'échauffe exagérément et tend à brûler fréquemment. En conséquence, pour le soudage du cuivre ou de ses alliage^ 35 la bobine 10,décrite en regard des figures 1 et 2,est insuffisamment refroidie, et le nez 23 de cette dernière s'échauffe, ce qui entraîne une perte de 72 11110 5 2132209 puissance et une réduction de l'efficacité de l'appareil. Cet échauffement exagéré est en partie dû au fait que le refroidisseur 25 est trop éloigné du nez 23 de la bobine 10. La bobine 30 de l'invention est représentée sur les figures 5 3A et 3B. On voit que, dans cette bobine, les plaques verticales de support 31 sont prolongées en direction de la bobine 30, leur bord inférieur étant de préférence en contact avec le nez 32 sur toute la longueur de ce dernier. En outre, le refroidisseur 33 se prolonge jusqu'à l'extrémité du nez 32 et il est brasé à la fois sur le nez 32 et sur le prolongement de la plaque 10 latérale 31 qui surplombe le nez de la bobine. De préférence, une masse 34 de matière à haute conductibilité thermique entoure le refroidisseur 33 au voisinage du nez 32 de la bobine. Cette masse conductrice est constituée par un excès de la brasure utilisée pour lier le refroidisseur 33 au nez 32 et â l'extrémité de la plaque 31. 15 Cette masse conductrice 34 augmente l'effet de refroidissement de la pointe du nez 32. Par ailleurs, la bobine décrite en regard des figures 3A et 3B est sensiblement identique à la bobine décrite précédemment en regard des figures 2A et 2B. Elle comporte également une partie cylindrique 35 20 prolongée par deux nez 32 séparés par une fente longitudinale 36. Les plaques verticales 31 qui supportent la bobine 30 sont également fixées chacune à un bloc conducteur 37, et ces deux blocs sont reliés à la source de courant alternatif à haute fréquence. La bobine 30 de l'invention comporte un nez allongé 32 qui 25 passe entre les jantes des galets presseurs 6 et de ce fait, reste à proximité des bords 3 et 4 du tube, qui doivent être chauffés avant d'atteindre le point de soudage 7. Ce dispositif de refroidissement empêche la surchauffe du nez de la bobine et augmente notablement la longévité et l'efficacité de cette dernière. Par ailleurs, il permet d'utiliser des nez d'une longueur beaucoup 30 plus importante que celle du nez des bobines classiques, ce qui améliore encore l'efficacité de l'appareil de soudage. Conformément à l'invention, le nez 32 de la bobine est donc refroidi directement par le prolongement du refroidisseur 33 et par celui des plaques de support 31. De ce fait, une bobine comme celle de la figure 3 35 permet de souder sans difficulté des métaux tels que le cuivre et des alliages à base de cuivre. 72 11110 6 2132209 En résumé, on constate un effet de surchauffe du nez 23 des bobines classiques 10 lorsque ces dernières travaillaient à haute puissance. L'invention permet de résoudre ce problème grâce à un dispositif refroi-dissànt directement le nez .32 de la bobine 30. 5 Bien que l'invention ait été décrite en regard du soudage de tubes, cette bobine peut être également utilisée pour 1'assemblage de de deux bandes de métal ou d'éléments analogues. Par ailleurs, bien que l'invention ait été décrite en fonction d'une application particulière, c'est-à-dire au soudage bout à bout des bords longitudinaux d'un tube, 10 elle peut être appliquée à la fabrication de tubes d'autres types. La section droite de l'élément cylindrique fendu peut être de n'importe quelle forme favorisant le couplage inductif de la bobine et de l'élément à souder. Elle peut être, par exemple, de section droite ovales lorsque, pour favoriser ce couplage, le tube ouvert est de section ovale 15 avant son passage entre les galets presseurs. Par ailleurs, la section du corps cylindrique peut être carrée, hexagonale ou autre, pour le soudage de tubes profilés correspondants. La bobine de l'invention est normalement destinée au soudage de bandes d'une épaisseur comprise entre 0,12 et 2,5 mm. 20 II va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention 72 11110 7 2132209 REVENDICATIONS 1. Bobine d'induction à spire unique, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps cylindrique partagé par une fente longitudinale, 5 deux nez avant prolongeant le corps cylindrique et séparés par la fente, deux ailes parallèles de support en matière conductrice de l'électricité fixées respectivement de part et d'autre de la fente sur le corps cylindrique et sur les nez correspondants prolongeant ce dernier, et un dispositif refroidisseur en matière conductrice de la chaleur appliqué à la fois en 10 contact intime contre le corps cylindrique, contre les nez prolongeant ce dernier, et contre les ailes de support. 2. Bobine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est destinée au soudage du cuivre ou d'alliages cuivreux. 3. Bobine selon la revendication 2, caractérisée en ce que 15 le dispositif refroidisseur comprend un tube métallique. 4. Bobine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les nez prolongeant le corps cylindrique comportent une masse de matière conductrice de la chaleur, cette masse de matière étant liée à la fois à l'élément refroidisseur, aux ailes du support et aux deux nez prolongeant 20 le corps cylindrique.