Brevet FR2434658A1 — publié le 19800328

La présente invention concerne les méthodes et le matériel pour la fabrication des tubes et not-amment les prosódés Ae réduction et de calibrage des tubes et les laminoirs pour réaliser ces procédés. L'invention peut être appliquée à la réduction et au calibrage des tubes sur les laminoirs de soudage continu des tubes au four, ainsi que sur les laminoirs de soudage électrique de tubes. l'application de l'invention aux laminoirs en service et nouvellement construits, avec des cages duo, permet de fabriquer des tubes à soudure de résistance mécanique plus forte et à précision dimensionnelle de paroi plus élevée (différences d'épaisseur transversales plus faibles). Dans la majorité des pays industriellement développés, une grande extension a été donnée à la fabrication des tubes soudés. Le procédé de soudage continu des tubes en association avec la déformation de diamètre du tube soudé (réduction et calibrage) assure un plus grand rendement et un prix de revient plus bas que le procédé de fabrication des tubes sans soudure. Toutefois, les caractéristiques mécaniques et physiques du cordon de soudure, et des zones qui lui sont attenantes, sont fréquemment moins bonnes que celles du métal de base. Un des problèmes de cette branche de latechnique est l'augmentation de résistance mécanique de la soudure le rapprochement des propriétés des tubes soudés de celles des tubes sans soudure, de pair avec un abaissement des frais et l'augmentation du rendement du processus. A l'heure actuelle, une grande extension a été donnée au procédé de fabrication des tubes par soudage continu au four (procédé Fretz-Moon), suivi de la réduction du tube chaud. Par ce procédé, un feuillard est chauffé jusqu'à une température assurant le soudage, roulé en ébauche de tube à un angle de 220-2700 dans une première cage et soudé en tube dans une seconde cage, après quoi le tube est réduit et calibré dans les cages suivantes. les calibres ovales des cages duo sont disposés successivement avec rotation de 90" de chaque calibre suivant par rapport au précédent. Les inconvénients de ce procédé sont la grande irrégularité de déformation aux débouchés des calibres et les flexions cycliques des portions de tube passant dans le plan des sommets et des débouchés des calibres, car l'angle de cintrage des portions de la section droite du tube passe de 1800 à 1600 des sommets du calibre à ses débouchés. La paroi du tube subit donc des flexions brusques, faisant apparaître de fortes contraintes d'extension dans les couches extérieures du tube aux débouchés du calibre, et dans les couches intérieures, lorsque ces portions arrivent aux sommets du calibre suivant. On sait qu'un cordon de soudure au four a une résistance mécanique insuffisante au moment de sa déformation, par suite de la haute température des rives à souder (jusqu'd 14800), de la faible pression de soudage et de l'augmentation de concentration des impuretés à la zone du cordon. Dans de telles conditions, les flexions cycliques du tube, avec sa soudure, avant son refroidissement entraînent un affaiblissement du cordon et une augmentation du manqué de jonction, résultant de l'apparition de fissures chaudes aux surfaces extérieure et intérieure. La grande irrégularité de la déformation, aux débouchés des calibres ovales, provoque l'apparition d'une forte surépaisseur des portions correspondantes du tube et l'apparition de différences d'épaisseur transversales. Un attre procédé répandu de fabrication des tubes est le soudage des tubes à partir d'un. feuillard froid dont les rives sont chauffées, avant soudages par induction haute fréquence, par courant continu, etc., suivi de la réduction à froid ou à chaud. Ce procédé présente les mêmes inconvénients que celui décrit plus haut. En outre on observe, après la réduction à froid, un écrouissage accru des portions soumises à des flexions cycliques, ce qui diminue la valeur maximale admissible de l'allongement et abaisse le rendement. On connaît un procédé de déformation des tubes par des cylindres dont les calibres sont formés par des arcs de cercle de trois rayons, raccordés entre eux pour façonner des tubes profilés rectangulaires, dans lequel, au fur et h mesure que le tube passe d'un calibre à l'autre, deux rayons augmentent jusqu'S l'infini en formant les faces planes du profil, tandis que le rayon des raccordements diminue jusqu'à la valeur du rayon d'arrondi des rives du profilé fini. Toutefois, ce procédé n'est pas applicable à la réduction et au calibrage des tubes ronds. On connaît un procédé de réduction et de calibrage de tubes par des cylindres ayant des calibres à deux rayons. Toutefois, ce procédé ne permet pas de déformer le tube de façon que son rayon aux débouchés du calibre soit égal à son rayon aux sommets du calibre précédent. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients susmentionnés. On s'est proposé d'élaborer un procédé de réduction et de calibrage de tubes soudés ainsi qu'un laminoir pour le réaliser, qui permettraient d'accroître la résistance mécanique du cordon des tubes soudés et leur précision, grâce au changement de la forme du tube au cours de sa déformation en diamètre. La solution consiste en ce que, dans le procédé de réduction et de calibrage de tubes soudés, selon lequel le tube est déformé en diamètre dans des calibres constitués par les cylindres de cages horizontales et verticales alternées, d'après l'invention, la déformation de la zone de la soudure s'effectue par des portions des calibres des cylindres ayant la meme courbure La solution consiste de plus en ce que dans le laminoir pottr la réalisation du procédé de réduction et de calibrage de tubes soudés, comportant des cages horizontales et verticales alternées, avec des cylindres dont la cannelure est formée par des arcs de cercle raccordés d'au moins deux rayons, d'après l'invention, l'un au moins des arcs est réalisé avec un rayon égal au rayon du calibre de soudage, les sommets des arcs de même rayon étant situés dans un plan commun passant par l'axe longitudinal du laminoir et sur la ligne suivant laquelle défile le cordon de soudure. Un tel procédé de réduction et de calibrage et un tel laminoir pour le réaliser préviennent les flexions cycliques des portions du profil du tube aux sommets et aux débouchés des calibres, et, par conséquent, préviennent les contraintes cycliques d'extension et les déformations cycliques d'extension des couches extérieures et intérieures du tube, en conservant les contraintes de compression tangentielles et les déformations tangentielles qui en résultent. Dans de telles eonditions de déformation, le manque de jonction à la soudure diminue et la résistance mécanique du cordon augmente. Un autre résultat favorable de l'application de l'invention est la diminution des différences d'épaisseur transversales, résultant des surépaisseurs de paroi apparaissant aux débouchés des calibres, ainsi que, dans le cas de la réduction à froid, la diminution des irrégularités Dans ce qui suit, l'invention est explique par des exemples préférés de réalisation, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un laminoir réducteur-calibreur, conjugué à un ensemble formeur-soudeur, d'après l'invention - la figure 2 représente un calibre rond à un seul rayon - la figure 3 représente un calibre ovale à un seul rayon - la figure 4 représente un calibre à trois rayons - la figure 5 représente un calibre à deux rayons - a figure 6 représente le schéma d'un calibre horizontal de soudage dans la cage 10 de la figure 1 et la situation ou position du cordon de soudure dans ce calibre (point c) - la figure 7 représente le schéma de situation du cordon de soudure (point c) et de l'arc de même rayon dans le calibre de la cage verticale de réduction 2 de la figure 1 - la figure 8 représente le schéma de situation du cordon de soudure et de l'arc de meme rayon dans le calibre de la cage 4 horizontale de réduction de la figure 1 - la- figure 9 représente le schéma de situation du cordon de soudure et de l'arc de meme rayon dans le calibre de la cage 3 verticale de réduction de la figure 1 - la figure 10 montre la situation du cordon de soudure dans le calibre rond de la dernière cage de la figure 1 ; - la figure 11 représente le calibre vertical de soudage et la situation du cordon de soudure dans ce calibre - les figures 12 à 14 montrent la situation du cordon de soudure et de l'arc de meme rayon dans les calibres des cages de réduction quand le calibre de soudage est vertical ; et - la figure 15 représente le calibre rond de la cage de calibrage. Le laminoir réducteur-calibreur conforme à l'invention comprend un bati t (figure 1) sur lequel sont montées en série des cages de réduction verticales2, 3 et horizontales 4 avec des cylindres 5 et une cage de calibrage 6 avec des cylindres 7. Par ailleurs le nombre de cages de réduction et de calibrage peut être plus grand. Le laminoir rdducteur-étireur est conjugué a'un ensemble formeur-soudeur, se composant d'une cage de formage 8 avec des cylindres 9 et d'une cage de soudage 10 avec des cylindres de soudage 11. Les cannelures des cylindres 5, 7, 9, 11 forment des calibres dans le plan de leurs axes de rotation. Les calibres peuvent être à un seul rayon, ronds (figure 2) ou ovales (figure 3), à trois rayons (figure 4) et à deux rayons (figure 5). Le calibre rond à un seul rayon (figure 2) des cylindres est construit avec un seul rayon R, à partir du centre 0 du calibre. Le calibre ovale à un seul rayon (figure 3) des cylindres est construit avec un seul rayon R' à partir du centre 0' décalé d'une valeur b par rapport au centre 0 du calibre suivant l'axe y, qui est perpendiculaire à l'axe x de partage du calibre. Le calibre à trois rayons (figure 4) des cylindres est construit avec des arcs de trois rayons : de rayon R1 au sommet, b partir du centre O situé sur l'axe y, de rayon R3 aux débouchés, à partir du centre 03 situé sur l'axe x, et de rayon R2 pour le raccordement, à partir du centre 02 situé à l'intersection des rayons R1 et R3 tracés à partir des points de raccordement a et b. Le rayon R1 tracé à partir du point de raccordement a fait avec l'axe y un angle a, et le rayon R3 tracé à partir du point de raccordement b fait avec l'axe x un angle P. Le calibre à deux rayons 'figure 5) des cylindres est construit avec des arcs de deux rayons : de rayon R'1 au sommet, à partir du centre 0'1 situé sur l'axe y, et de rayon R'2 aux débouchés, à partir du centre 02 situé sur l'axe x. les arcs des deux rayons se raccordent au point a' situé sur une droite passant par les centres 0'1 et '2 et faisant un angle a' avec l'axe y. Le calibre (figure 6) des cylindres de scudage 11 (figure 1) peut être à un seul rayon, rond ou ovale (figures 1, 2), à deux rayons (figure 5) et à trois rayons (figure 4). Les cannelures des cylindres 5 (figure 1) du laminoir, constituant les calibres (figures 7, 8,9) des cages de réduction 2, 3, 4 (figure 1), sont formées par des arcs raccordés de cercle ayant au moins deux rayons, dont un arc de chaque calibre d'après l'invention, notamment l'arc bb" (figure 7), l'arc aa' ou l'arc aa" (figure 8), l'arc bb" (figure 9) est réalisé de rayon R3 (pour les calibres des cages verticales) (figures 7, 9), R1 ou R'1 (pour les calibres des cages horizontales) (figure 8), de même valeur que le rayon R du calibre de soudage au point c ou se trouva le cordon (figure 6).Les sommets des arcs bb", aa", blb"l de meme rayon sont situés dans un plan commun passant par l'axe longitudinal du laminoir, sur la ligne de défilement du cordon de soudure, qui traverse les plans des calibres au points c. Le calibre (figure 10) des cylindres 7 (figure 1) de la dernière cage 6 de calibrage a la forme d'un cercle de rayon R4 (figure 10), égal au rayon que doit avoir le tube fini 12 (figure 1). On va considérer des exemples de réalisation du procédé de réduction et de- calibrage de tubes soudés par le laminoir. Le feuillard 13 est roulé par les cylindres 9 de la cage formeuse 8 en une ébauche de tube 14 (le roulage d'un feuillard froid est exécuté par les cylindres de plusieurs cages). L'ébauche de tube 14 obtenue est soudée en tube 15 dans le calibre des cylindres 11, comme montré en figure 6. Le tube soudé 15 (figure 1) est réduit par le calibre des cylindres 5 de la cage 2, comme montré en figure 7. Afin d'éviter la flexion de la paroi du tube comportant le cordon de soudure au point c, l'apparition de déformations d'extension dans le cordon, auprès de la surface extérieure, et l'apparition d'une surépaisseur dans la zone des débouchés, on déforme le tube au moyen d'un calibre à trois rayons, comme montré en figures 4, 7, dans lequel l'arc bb" des débouchés est réalisé de rayon R3 de même valeur que le rayon R du calibre de soudage au point c (figure 6).Ensuite, le tube est réduit dans la cage 4 (figure 1) par le calibre horizontal des cylindres, comme montré en figure 8. Afin de prévenir l'apparition de contraintes et de déformations d'extension du cordon auprès de la surface intérieure du tube, le calibre des cylindres de cette cage, qui peut entre à deux ou trois rayons, est réalisé de telle façon que l'arc aa" (pour un calibre à trois rayons) ait un rayon R1 de même valeur que le rayon R du calibre de soudage, ou que l'arc a'a" (pour un calibre à deux rayons) ait un rayon R'1, lui aussi de meme valeur que le rayon R du calibre de soudage. Ensuite le tube est réduit par la cage 3 (figure 1) à cylindres verticaux 5, dont le calibre est réalisé à trois rayons, comme montré en figures 4 et 9, la portion de tube portant le' cordon de soudure étant déformée dans le calibre, par la portion de la cannelure formée par l1arc blb"l, de rayon R3 ayant la meme valeur que le rayon R du calibre de soudage. Dans la dernière cage de calibrage 6 (figure 1), les cylin dres 7 mettent le tube au rond, selon un rayon R égal à celui que doit avoir le tube fini, comme montré en figure 10. Si le nombre de cages de réduction est plus grand, la réduction s'effectue dans des calibres construits de la même manière, comme décrit plus haut. Afin d'assurer alors la réalisation du procédé faisant l'objet de ltinvention, les cylindres dont l'axe x est dans le plan, passant par l'axe de laminage et le cordon de soudure, ne être qu'à trois rayons. Les cylindres dont l'axe x est perpendiculaire au plan, passant par l'axe de laminage et le cordon de soudure, peuvent etre aussi bien à deux rayons qu'à trois rayons. Le roulage d'un feuillard froid s'effectue par les cylindres de plusieurs cages. Dans le cas de chauffage par induction haute fréquence, ou par d'autres modes électriques, des rives de l'ébauche obtenue, le soudage s'effectue d'ordinaire dans des cylindres à disposition verticale des axes (figure 11). La réduction par le procédé conforme à l'invention s'effectue alors de même que décrit plus haut pour le cas d'une cage de soudage horizontale. La seule différence consiste en ce que la disposition des calibres (figures 12, 13, 14, 15), suivant celui de soudage, change en conséquence. Dans la cage horizontale, suivant la cage de soudage, le tube est réduit par un calibre qui, du fait que l'axe x est perpendiculaire au plan passant par l'axe de laminage et par la ligne du cordon de soudure, peut entre soit à deux, soit à trois rayons (figure 12).L'arc aa" est alors réalisé de rayon R1 = R (pour un calibre à trois rayons), ou l'arc a'a" est réalisé de rayon R'1 = R (pour un calibre à deux rayons). Plus loin le tube est réduit par un calibre vertical à trois rayons, comme montré en figures 4, 13, dans lequel l'arc bb" des débouchés est réalisé de rayon R3 de même valeur que le rayon R du calibre de soudage au point c du cordon (figure 11). La réduction du tube dans la cage horizontale suivante peut s'effectuer par un calibre aussi bien à deux rayons (figures 5, 14), dans lequel l'arc a'a" est de rayon R'1 égal au rayon R du calibre de soudage, qu'à trois rayons (figures 4, 14), dans lequel l'arc aa" est de rayon R1 égal à R. Dans la dernière cage de calibrage, le tube est mis au rond par un calibre de rayon R4 égal au rayon que doit avoir le tube fini (figure-15). La réduction par le procédé faisant l'objet de l'invention peut s'effectuer aussi bien avec utilisation de toutes les cages du laminoir qu'avec uniquement l'utilisation dtune partie de ses cages. Par exemple, dans les laminoirs existants de soudage . c.o n t i n u au four, si l'objectif est seulement d'augmenter la résistance mécanique du cordon, il suffit d'effectuer la reduction par le procédé conforme à l'invention dans les cages du laminoir formeur-soudeur (6-8 cages), après lequel la température du cordon a le temps de s'abaisser et de s'égaliser avec la température de la partie restante du tube, et le cordon acquiert une résistance mécanique qui est sensiblement égale à celle du métal de base. La réduction dans le laminoir réducteur-étireur s'effectue par un procédé connu. Si ltobjectif est d'augmenter la résistance mécanique du cordon et de diminuer les. différences d'épaisseur latérales, ou bien, si pour des causes quelconques le cordon ne devient pas équirésistant après avoir parcouru toute la longueur du laminoir, la réduction par le procédé conforme à l'invention s'effectue dans toutes les cages du laminoir. La fabrication de cylindres ayant des cannelures pour la réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention peut s'effectuer sur des tours à cylindres ordinaires, avec des outils profilés, ou bien sur des tours à. commande programmée. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction et de calibrage de tubes soudés, dans lequel le tube est de formé en diamètre dans des calibres constitués par les cylindres de cages horizontales et verticales alternées, ce procédé étant caractérise en ce que la déformation de la zone de la soudure s'effectue par des portions des calibres des cylindres ayant la même courbure. 2. laminoir pour réaliser le procédé de réduction et de calibrage de tubes soudés selon la revendication 1, comportant des cages horizontales et verticales alternées, avec des cylindres dont la cannelure est formée par des arcs de cercle raccordés d'au moins deux rayons, ce laminoir étant caractérisé en ce que l'un au moins des arcs est réalisé avec un rayon égal au rayon du calibre de soudage, les sommets des arcs de même rayon étant situés dans un plan commun passant par l'axe longitudinal du laminoir et la ligne suivant laquelle défile le cordon de soudure.