Brevet FR2458346A1 — publié le 19810102

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de tubes à ailettes hélicoldales soudées et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Il est souvent nécessaire d'associer à un tube dans lequel circule un fluide chaud des éléments périphériques, tels que des ailettes suceptibles de dissiper une certaine quantité de chaleur. Tel est notamment le cas en pétrochimie où l'on réalise le transport de fluides à des températures de 300 à 1 OOo#C. Généralement, une ailette hélicoldale est réalisée par enroulement d'un feuillard de section en L, dont la petite branche est en appui sur la périphérie du tube et dont la grande branche est transversale â celui-ci. La fixation est réalisée par l'intermédiaire d'un soudage par points. Le soudage n'est donc pas réalisé dans l'axe du feuillard, mais déporté par rapport à celui-ci. De ce fait, et également du fait que la soudure n'est pas continue, le transfert thermique est médiocre. En outre, les gaz chauds environnant les tubulures réalisent la déformation du L entre les points de soudures, et provoquent également le dépôt d'un amalgame de résidus jouant un rôle d'isolant thermique entre les ailettes et les tubes, le transfert ne se faisant plus qu'au niveau des soudures. La fixation des ailettes par soudure par points nécessite une quantité extrêmement importante d'électricité, de l'ordre de 200 à 250 kw/h. Compte tenu de l'importance de l'echauffement, il est nécessaire de refroidir la partie soudée causant une perte d'énergie immédiate. En outre, le refroidissement provoque une modification structurelle du métal constitutif du tube, conduisant à un durcissement pouvant entraîner des risques de fissuration et correspondant à une fragilisation importante surtout lorsqu'il s'agit de tubes réalisés en aciers alliés. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des procédés existants en fournissant un procédé à la fois économique et procurant des tubes d'excellente qualité. A cet effet, selon l'invention, ce procédé consiste à positionner un tube dans un support, de telle sorte que celui-ci soit animé d'un mouvement de rotation autour de son axe et à réaliser un déplacement relatif longitudinalement au tube d'un ensemble assurant le dévidage d'un feuillard mince et de section rectangulaire, destiné à former l'ailette hélicoidale, dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube, et à réaliser le soudage en continu du feuillard sur le tube avec interposition d'un fil de soudure, la section du fil étant telle que sa zone de contact avec le tube soit plus large que l'épaisseur du feuillard. Le fil de soudure déposé en continu dans l'axe du feuillard assure à la fois le renforcement de la base de l'ailette et l'augmentation de la surface d'échange thermique. En effet, la base de la soudure possede une largeur égale sensiblement au triple de l'épaisseur du feuillard. Du fait de la continuité de la soudure, il n'y a également pas de risque de corrosion à la base de celle-ci, ni d'accumulation entre l'ailette et le tube d'éléments parasites formant isolants thermiques. Cette technique de soudage en continu est économique puisque nécessitant une puissance de l'ordre de 10 kw/h, c'est-à-dire à peu près vingt fois moindre que celle nécessaire dans les techniques de soudage par point. Le dévidage du feuillard est réalisé de manière très simple, le tube agissant à la façon d'un cabestan assurant l'enroulement hélicoïdal de l'ailette, après qu'ait été ménagé un point de soudure entre l'extrémité de l'ailette et le tube. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, ce procédé consiste à disposer d'un tube bloqué en translation, et à déplacer longitudinalement à celui-ci l'ensemble assurant le dévidage du feuillard et la soudure de celui-ci. Selon une autre de ses caractéristiques, ce procédé consiste à réaliser un préchauffage des rives du feuillard avant enroulement sur le tube. Cette façon de procéder facilite la déformation du feuillard et évite la formation de plis par celui-ci lors de l'enroulement hélico#dal. Ce chauffage des rives assure un allongement de la rive externe et un refoulement de la rive interne assurant encore une augmentation de la surface de contact entre l'ailette et le tube. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un bâti en bout duquel est monté un mandrin de serrage destiné à l'engagement d'une extrémité du tube et à l'autre bout duquel est montée, avec possibilité de règlage longitudinal, une lunette que traverse le tube avec interposition de galets fous, le mandrin étant associé à des moyens d'entraînement en rotation, et le bâti étant équipé de deux rails longitudinaux sur lequel est monté déplaçable un chariot porteur du dispositif de dévidage du feuillard, de la tête de soudage, et d'une lunette de soutien intermédiaire du tube. Le mandrin, de même que les lunettes d'extrémités et de soutien intermédiaire sont réglables de manière à pouvoir s'adapter à différentes longueurs et sections de tube. Selon une autre caractéristique de ce dispositif, les moyens d'entratnement du chariot sont constitués par une chaîne sans fin à rouleaux, à laquelle le chariot peut être associé par une pince débrayable, les galets de roulement du chariot étant reliés par une barre de torsion. I1 est prévu une botte de vitesse, ainsi qu'un servo-moteur assurant un retour rapide du chariot après soudage de l'ailette, préalablement au dégagement du tube. Il est prévu des possibilités de variations, d'une part de la vitesse de rotation du tube et, d'autre part, de la vitesse d'avance du chariot, afin d'adapter le pas de l'hélice à l'application envisagée. Selon une autre caractéristique de ce dispositif, le système de dévidage du feuillard comprend - un tambour sur lequel est enroulé le feuillard, équipé d'un dispositif de freinage, t - une paire de mâchoires que traverse le feuillard, apte à assurer le préchauffage des rives de celui-ci, - une paire de galets apte à redresser le feuillard pour corriger les légers défauts éventuels de celui-ci, - une paire de galets de guidage maintenant le feuillard dans un plan transversal à l'axe du tube, - un galet presseur appliquant le feuillard sur le tube lors de l'opération de soudage et, - un galet dresseur sensiblement diamétralement opposé au galet presseur et décalé axialement par rapport à celui-ci en étant situé en arrière dans le sens de ltenroulement. I1 est important que le tambour sur lequel est enroulé le feuillard comporte un dispositif de freinage afin d'assurer constamment un maintien en tension du feuillard. La mâchoire assurant le préchauffage des rives du feuillard est associée à un dispositif d'alimentation en courant distinct du dispositif d'alimentation de la tête de soudage. Le rale du galet presseur est d'assurer un bon contact entre le feuillard et le tube pour permettre le soudage du premier sur le second. Le galet dresseur évite que le feuillard ne stincline par rapport à l'axe du tube, conservant à l'ailette une bonne perpendicularité relativement à celui-ci. En outre, dans ce dispositif, la tête de soudage comprend une torche de soudage qui, traversée axialement par le fil de soudage provenant d'un dévidoir ainsi que par un gaz actif ou inerte selon les cas, est règlable en position notamment dans un plan transversal à l'axe du tube, de telle sorte que l'axe de la torche forme un angle de quelques degrés avec la tangente au point de premier contact entre le feuillard et le tube, et soit situé du côté opposé à celui d'amenée du feuillard par rapport à celleci. L'inclinaison de la torche de soudage est particulièrement importante car il convient que le dépôt du fil de soudage sur le tube se produise juste avant le point de tangence entre le feuillard et celui-ci. Avantageusement, l'angle que forme l'axe de la torche avec la tangente entre le feuillard et le tube est de l'ordre de 56. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est procédé au préchauffage du fil de soudure par effet Joule à l'intérieur de la torche de soudage. Cette caractéristique améliore encore la largeur de la zone de contact entre le fil de soudure et le tube, et par suite de la surface d'échange entre le tube et l'ailette. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé Figure 1 est une vue schématique de côté de l'ensemble de la machine en cours d'opération Figure 2 est une vue de dessus du chariot déplaçable sur le bâti Figures 3 et 4 sont deux vues de dessus et de côté respectivement, du mécanisme d'entratnement du chariot Figure 5 est une vue en coupe longitudinale et à échelle agrandie d'un tronçon de tube équipé d'une ailette de refroidissement disposée selon un enroulement hslicordal ;; Figure 6 est une vue générale de côté du dispositif d'enroulement et de soudage du feuillard Figure 7 est une vue de côté d'un détail de règlage angulaire de la position de la torche Figure 8 est une vue de face du dispositif de dévidage et d'enroulement du feuillard Figure 9 est une vue de coté à échelle agrandie du dispositif de dévidage et d'enroulement du feuillard. Le dispositif représenté au dessin comprend un bâti 2 en acier d'une longueur d'une quinzaine de mètres sur lequel sont fixés deux rails de roulement 3 pour un chariot 4. A l'une des extrémités des rails 3 est monté un mandrin 5 susceptible de serrer l'extrémité d'un tube 6 devant être équipé d'une ailette placée selon un enroulement hélicoldal. A l'autre extrémité des rails 3 est prévue une lunette support 7 que traverse le tube 6. Des galets, non représentés au dessin, sont interposés entre le tube 6 et la lunette, afin de permettre une libre rotation du tube 6. La lunette 7 est règlable longitudinalement et également verticalement à l'aide d'un vérin 8. A l'extrémité du bâti comportant le mandrin de serrage 5, est prévu un caisson 9 comportant un mécanisme moteur 10, par exemple à courant continu, susceptible d'entraîner,d'une part, le mandrin S et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses 12 et d'un réducteur 13, une chaîne à rouleaux sans fin 14 maintenue en tension par un vérin 15 avec laquelle est suceptible de venir en prise une pince débrayable 16 solidaire du chariot 4. Le chariot 4 est porté par des galets robustes et règlables évitant toutes les inégalités dues à la longueur du chemin de roulement. Les galets du chariot sont reliés par une barre de torsion afin d'assurer une avance régulière sans à-coup assimilable à une avance par vis sans fin. Le chariot 4 porte le groupe de soudage et de dévidage du feuillard 17 destiné à former l'ailette hélicoddale. Le dispositif de dévidage du fil comprend un tambour 18 sur lequel est enroulé le feuillard, équipé d'un dispositif de freinage non représenté au dessin. Le feuillard passe ensuite entre une paire de mâchoires 19 reliées par des conducteurs 20 à une source d'alimentation en courant, ces mâchoires étant destinées à échauffer par effet Joule les rives du feuillard. Celui-ci passe ensuite entre des galets dresseurs 22 susceptibles de rectifier de légères irrégularités de celui-ci. I1 passe ensuite entre des galets de guidage 23 le maintenant dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube 6, puis au contact d'un galet presseur 24 l'appliquant sur le tube 6. Diamétralement au galet presseur est prévu, décalé longitudinalement par rapport à celuici, un galet dresseur 25 destiné à assurer le positionnement du feuillard dans un plan perpendiculaire au tube. La figure 2 représente l'ensemble du dispositif de soudage et notamment la torche de soudure 26, qui est traversée par le fil de soudage 27 en provenance de la bobine 28. Comme montré au dessin, il est possible, à l'aide d'un dispositif 29 de régler la distance entre la torche et le tube, à l'aide d'un dispositif 30 de régler la hauteur de celle-ci par déplacement d'une platine règlable 32 relativement à une platine fixe 33, et également de régler l'inclinaison de la torche par manoeuvre d'un bouton molleté 34 assurant le montage de celle-ci sur la platine règlable 32. L'angle que doit former l'axe 35 de la torche avec la tangente entre le point de contact du feuillard et du tube est de l'ordre de 5., comme montré plus spécialement à la figure 9. La torche comprend également un dispositif de préchauffage par effet Joule, du fil de soudure, non représenté au dessin. La torche est également traversée par un gaz actif ou de protection suivant le régime de soudage. Le principe de fonctionnement de cette machine est le suivant Un tube 6 est fixé par une de ses extrémités à l'intérieur du mandrin de serrage I, traversant la lunette support 7 ainsi qu'une lunette support intermédiaire 36 solidaire du chariot 4. il est procédé à la fixation de l'extrémité du feuillard 17 sur le tube 6 par un point de soudure. Le tube 6 est ensuite entraîné en rotation en même temps que le chariot 4 se déplace longitudinalement au tube. Le fil de soudure 27 amené en continu assure la fixation du feuillard sur le tube. Compte tenu de la faible dépense d'énergie occasionnée par cette opération, l'échauffement du tube est faible de telle sorte qu'il n'y a pas de modification structurelle du métal constituant celui-ci. En outre, et comme montré au dessin, le fil 27 assure la formation d'un triangle de soudure 37, de largeur supérieure à celle du feuillard, assurant un transfert thermique dans les meilleures conditions. Comme il ressort de ce qui précède, le procédé selon l'invention est intéressant du fait que beaucoup plus économique que les procédés traditionnels, pouvant être facilement automatisé et procurant des tubes à ailettes d'une excellente qualité, le pied de l'ailette étant renforcé par apport de métal, la soudure continue apportant un joint sans discontinuité évitant donc tout risque de corrosion de la base. En outre, l'augmentation de surface de la base de l'ailette améliore les conditions de transfert thermique. - REVENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication de tubes à ailettes hélicoîdales soudées, caractérisé en ce qu'il consiste à positionner un tube dans un support, de telle sorte que celui-ci soit animé d'un mouvement de rotation autour de son axe et à réaliser un déplacement relatif longitudinalement au tube d'un ensemble assurant le dévidage d'un feuillard mince et de section rectangulaire, destiné à former l'ailette hélicoidale, dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube, et à réaliser le soudage en continu du feuillard sur le tube avec interposition d'un fil de soudure, la section du fil étant telle que sa zone de contact avec le tube soit plus large que l'épaisseur du feuillard. 2. - Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que le tube est bloqué en translation et en ce que le support de dévidage et de soudage du feuillard est déplaçable longitudinalement à lui. 3. - Procédé selon l'une quelconque des revendications i et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un préchauffage des rives du feuillard avant enroulement sur le tube. 4. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti en bout duquel est monté un mandrin de serrage destiné à l'engagement d'une extrémité du tube et à l'autre bout duquel est montée, avec possibilité de règlage longitudinal, une lunette que traverse le tube avec interposition de galets fous, le mandrin étant associé à des moyens d'entraînement en rotation, et le bâti étant équipé de deux rails longitudinaux sur lequel est monté déplaçable un chariot porteur du dispositif de dévidage du feuillard, de la tête de soudage, et d'une lunette de soutien intermédiaire du tube. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement du chariot sont constitués par une chaîne sans fin à rouleaux, à laquelle le chariot peut être associé par une pince débrayable, les galets de roulement du chariot étant reliés par une barre de torsion. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le système de dévidage du feuillard comprend - un tambour sur lequel est enroulé le feuillard, équipé d'un dispositif de freinage, - une paire de mâchoires que traverse le feuillard, apte à assurer le préchauffage des rives de celui-ci, - une paire de galets apte à redresser le feuillard pour corriger les légers défauts éventuels de celui-ci, - une paire de galets de guidage maintenant le feuillard dans un plan transversal à l'axe du tube, - un galet presseur appliquant le feuillard sur le tube lors de l'opération de soudage et, - un galet dresseur sensiblement diamétralement opposé au galet presseur et décalé axialement par rapport à celui-ci en étant situé en arrière dans le sens de l'enroulement. 7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la tête de soudage comprend une torche de soudage qui, traversée axialement par le fil de soudage provenant d'un dévidoir ainsi que par un gaz actif ou inerte selon les cas, est règlable en position notamment dans un plan transversal à l'axe du tube, de telle sorte que l'axe de la torche forme un angle de quelques degrés avec la tangente au point de premier contact entre le feuillard et le tube, et soit situé du côté opposé à celui d'amenée du feuillard par rapport à celle-ci. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle entre l'axe de la torche et la tangente entre le feuillard et le tube est de l'ordre de 5t. 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la torche de soudage comporte un dispositif de préchauffage du fil de soudure.