Brevet FR2487704A1 — publié le 19820205

La présente invention est relative à un procédé pour la fabrication d'un tube métallique par enroulement en hélice d'une bande de tôle,et à un dispositif pour sa mise en oeuvre. Il est connu de fabriquer des tubes métalliques par enroulement hélicoïdal à partir d'une bande de tôle qui est poussée par des rouleaux presseurs dans un dispositif de cintrage, à la sortie duquel la rive intérieure de la bande se présente de manière à venir en contact avec la rive extérieure de la dernière spire du tube déjà conformé, les deux rives étant alors soudées l'une à l'autre en continu. Ce procédé rencontre un certain nombre de difficultés tenant principalement au fait que, avant toute intervention, les rives de la tôle brute sont souvent déformées, dans la plan de la tôle elle-même, suivant un arc de cercle convexe ou concave, constituant le défaut connu sous le nom desabrage. De même, le vrillage et l'ondulation de la tôle sont d'autres types fréquents de déformations. Enfin, d'inévitables tolérances de largeur résultent du cisaillage ou du refendage en sortie de laminoir. Ces différentes anomalies ont pour conséquence la nécessité de réglages précis et d'interventions, telles que des modifications de l'angle d'entrée de la tôle ou de l'angle de sortie du tube, qui provoquent des variations de diamètre du tube. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé de fabrication permettant d'obtenir des tubes à soudure hélico idole ayant des caractéristiques régulières, tant en ce qui concerne la constance du diamètre que la qualité de la soudure, à partir d'une bande de tôle brute de cisaillage ou de refendage, sans aucune préparation spéciale telle que préparation des rives, chanfreinage, mise à la largeur et même dégraissage. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tube métallique par enroulement en hélice d'une bande de tôle, du type suivant lequel on amène obliquement la bande de table, on la cintre et on soude en continu les deux rives opposées en contact, caractérisé en ce qu'on déforme la rive extérieure de la bande perpendiculairement au plan de cette bande suivant un profil à peu près elliptique extérieur au contour du tube, tout en maintenant la rive intérieure à peu près dans le plan d'amenée de la bande, puis on donne à la tôle une forme à peu près tronconique intérieure au contour du tube, cette forme évoluant progressivement vers une forme cylindrique. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé sus-ndiqué, ce dispositif, du type comportant des moyens d'amenée de la bande de tôle, des moyens de cintrage de cette bande, des moyens de maintien voisins du point de contact des deux rives, et des moyens de soudage de ces deux rives, est caractérisé en ce que les moyens de cintrage comprennent un corset présentant un passage à profil longitudinal à peu près elliptique et adjacent à la rive extérieure de la bande, et un corset présentant un passage à peu près linéaire et adjacent à la rive intérieure de cette bande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective illustrant le procédé suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue en coupe prise suivant la ligne II-II de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en plan d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention; et la Fig. 4 est une vue en élévation de côté, suivant la flèche IV de la Fig. 3, de ce dispositif. En se référant tout d'abord aux Fig. 1 et 2, le procédé de l'invention vise à réaliser un tube métallique 1 d'axe X--X horizontal par enroulement hélicoïdal d'une bande de tôle 2 brute de cisaillage d'épaisseur constante e. La largeur de la bande 2, qui définit le pas de l'hélice, est théoriquement constante mais présente en fait certaines variations aléatoires dans les deux sens constituant le phénomène de "sabrage" De plus, la bande 2 est plus ou moins ondulée et vrillée. Les rives longitudinales 3, 4 de cette bande ne sont pas chanfreinées mais sont à peu près perpendiculaires à ses faces supérieure et inférieure. On désignera par 3 la rive extérieure, c'est-à-dire la rive initialement la plus éloignée du tube 1 déjà formé, et par 4 la rive intérieure opposée. La bande 2 est amenée horizontalement suivant son axe longitudinal, obliquement par rapport à l'axe X-X du tube. Avant d'atteindre celui-ci, on force la rive 3 à se déplacer vers le haut suivant un profil convexe 5 à rayon variable d'allure elliptique. Ceci provoque une déformation vers le haut de toute la largeur de la bande et tend en particulier à soulever la rive intérieure 4. Mais, simultanément, on exerce sur cette rive 4 un effort dirigé vers le bas quila guide suivant un trajet d'abord rectiligne, comme indiqué en 6, puis, en regard du sommet 5a du profil 5, légèrement concave comme indiqué en 7, ce presque jusqu'au point A de rencontre des deux rives, ou l'on effectue une soudure en continu de ces deux rives l'une à l'autre. La déformation imposée à la rive 3 tend à déplacer angulairement la tôle dans son plan vers l'extérieur, c'est-à-dire suivant la direction indiquée par la flèche F1, tandis que celle subie par la rive 2 tend à faire tourner la tôle dans le sens inverse F2. Au total, si &alpha; est l'angle théorique de l'hélice nécessaire pour obtenir un tube 1 de diamètre donné, la direction des rives par rap port à l'axe X-X tend à prendre la valeur ss / sous l'effet combiné des deux déformations. Suivant la valeur de l'effort exercé sur la rive4 , on a: & 0 En vue en bout suivant 1' axe X-X (Fig. 2), le profil elliptique 5 rejoint le cercle 8 défini par le tube 1 en un point B qui se confond avec le point A précité et qui est situé légèrement au-delà du sommet du cercle 8. Puis on guide la rive 3 de façon que son profil devienne intérieur au cercle 8, ce jusqu'à un point C situé légèrement avant le point inférieur de ce cercle. Par conséquent, si l'on considère les génératrices G de la surface développable formée par la bande de tôle 2, ces génératrices sont d'abord situées hors du cylindre formé par le tube 1, ce jusqu'au point A. Au point A, il existe une génératrice unique AB qui appartient à ce cylindre et est donc parallèle à l'axe X-X. A partir du point A, les génératrices G sont intérieures audit cylindre, c'est-à-dire qu'elles forment une surface d'allure tronconique jusqu'au point C, à partir duquel elles sont toutes parallèles à l'axe X-X et situées sur le cylindre considéré. Du point A au point C, l'angle que font les génératrices G avec l'axe X-X croît, à peu près jusqu'à mi-hauteur du tube, puis décroît jusqu'à zéro. Par un choix convenable des divers paramètres de déformation des deux rives1 on positionne le point A de rencontre des deux rives au voisinage de la génératrice supérieure du tube, comme décrit ci-dessus, et on obtient en ce point un contact très étroit et un auto-serrage de la rive 4 sur la rive 3 de la dernière spire déjà formée. On effectue en ce même point A un soudage sans apport de métal, par courant haute fréquence, qui provoque la fusion des rives en contact et, grâce à l'effet de forgeage assuré par l'auto-serrage précité, la formation d'un cordon de soudure. Le tube 1 subit ensuite en continu la manière connu des opérations de raclage du cordon de soudure, de recuit éventuel et de tronçonnage à la longueur voulue. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit cï-dessus est représenté aux Fig. 3 et 4. I1 comprend des moyens 9 d'avancement de la bande de tôle, des moyens 10 de cintrage de cette bande, des moyens 11 de guidage de la tôle, et des moyens de soudage 12. Les moyens 9 d'avancement de la bande 2 ou d'alimentation en tôle comprennent deux rouleaux d'entraînement transversaux, l'un supérieur 13 et l'autre inférieur 14, qui sont actionnés par un dispositif moteur non représenté. La tôle est débitée à partir d'une bobine, non représentée, et elle progresse jusqu'aux moyens de cintrage 10 sous l'action des rouleaux 13 et 14. Les moyens de cintrage 10 sont fixés sur une table horizontale de guidage 15 reposant sur un socle 16 par l'intermédiaire de supports 17. Sur cette table sont montées deux corsets constitués chacun par une paire de patins de formage, l'un longeant la rive 3 et l'autre longeant la rive 4. La première paire se compose d'un patin supérieur 18 et d'un patin inférieur 19; la face inférieure du patin supérieur 18 est conformée de manière à donner à la rive 3 la forme elliptique 5, et la face supérieure du patin inférieur 19, parallèle à la précédente et espacée de celle-ci d'une distance à peu près égale à l'épaisseur e de la bande 2, plaquant la tôle contre le patin supérieur.De manière analogue, la seconde paire de patins comporte un patin supérieur 20 et un patin inférieur 21 définissant un étroit passage qui guide la rive intérieure 4 suivant le profil 6-7 rectiligne puis concave décrit plus haut, jusqu a un point proche du point A. La largeur des patins est fixée en fonction de l'effort à exercer sur la tôle. I1 sont en toute matière appropriée de dureté élevée favorisant le glissement de la tôle sans provoquer de grippage et permettant une lubrification, par exemple par un mélange d'eau et d'huile connu sous le nom d' "eau soluble", on choisira ainsi de préférence leur matière parmi les matières plastique, le "Céloron", la fonte trempée ou le bronze. En aval des deux paires de patins 18-19 et 20-21, qui peuvent être considérés comme des organes de précintrage, le dispositif comprend également des patins (non représentés) de cintrage ou d'enroulement de la bande suivant la forme à peu près tronconique puis cylindrique décrite plus haut. Les moyens de guidage 11 comprennent d'une part un galet latéral 22 contre lequel la rive 4 s'appuie au yoisinage de la sortie des patins de formage 20,21 et d'autre part un ensemble de quatre galets de maintien 23 dont deux sont situés à l'extérieur du tube, à proximité de la génératrice supérieure de ce dernier, juste après le point A , et deux autres, identiques et non représentés, se trouvent à l'intérieur du tube en regard des deux précédents. Les galets extérieurs sont montés sur un bâti 24 et sont réglables de l'extérieur en fonction de l'épaisseur de la tôle; ils ont leurs axes perpendiculaires et forment un V, chacun d'eux s'appuyant sur l'une des rives 3,4. L'angle de leur axe avec la surface de la tôle est choisi de manière à éviter une usure prématurée des galets du fait des frottements.Cet angle dépend de l'emplacement des galets 23 sur les rives 3,4 par rapport à la génératrice supérieure du tube 1. Les galets 23 sont situés en aval, et de préférence le plus près possible,des moyens de soudage 12. L'ensemble des galets 23 peut notamment être du type décrit dans le brevet FR 1 303 559. Les moyens de soudage 12 consistent en deux électrodes 25 fixées sur un support 26 et en contact avec les rives 3,4 de façon à faire circuler dans celles-ci un courant électrique à haute fréquence. I1 est également prévu, en aval des galets 23, des galets intérieurs et extérieurs (non représentés) de raclage destinés à éliminer le métal du cordon de soudure faisant saillie sur la tôle. En service, les rouleaux d'entralnement 13, 14 font pénétrer la bande de tôle 2 entre les patins de formage 18, 19 et 20,21, puis dans les patins d'enroulement qui les suivent, ce qui imprime à cette bande les déformations décrites plus haut. La progression de la tôle est guidée latéralement au moyen du galet 22, de manière à obtenir le positionnement précis nécessaire pour aborder correctement les électrodes de soudage et les galets de raclage du cordon de soudure. La déformation des rives 3 et 4 provoque un contact entre elles aux point A, près de la génératrice supérieure du tube 1. Le courant électrique à haute fréquence amené par les électrodes 25 provoque la fusion des rives à cet endroit et, grâce à l'effet de forgeage obtenu, qui est du à la déformation appliquée à la rive 3 et qui est plus ou moins importait selon l'ampleur de cette déformation, la formation au point de liaison A d'un cordon de soudure dont l'excédent est ensuite raclé. Le tube est alors assemblé. I1 est à noter que le point de contact A reste localisé de manière très précise grâce à l'action des galets de guidage 23, qui empêchent tout décalage relatif des rives malgré les variations dimensionnelles et les défauts de la tôle brute. Si nécessaire, un recuit, par exemple par induction, est effectué ensuite dans un four 27 avant que le tube 1 soit tronçonné à la longueur désirée. De façon surprenante, la déformation décrite plus haut imprimée à la bande 2 a pour effet de supprimer les contraintes risquant d'être induites dans la tôle pendant et après le soudage du fait du sabrage, du voilage et de l'ondulation de cette tôle. On obtient ainsi un tube de diamètre et de qualité uniformes sur toute sa longueur, notamment dans la région du cordon de soudure, à partir d'une tôle brute de cisaillage. L'invention permet en particulier d'appliquer la technique du soudage haute fréquence à la fabrication par enroulement en hélice de tubes de gros diamètre et d'épaisseur importante; le diamètre niest d'ailleurs limité que par la puissance du générateur de chaleur .25- 26, la dimension de l'outillage et les moyens de tronçonnage à grande vitesse. Dans un exemple de réalisation particulier, on a fabriqué des tubes de diamètre 1 m à partir de tôles d'une épaisseur de 8 mm et plus,l'avanoementde la tôle s'effectuant par exemple à une vitesse de 30à 40 m/mn.L'angle sous lequel, en vue en plan (Fig. 3), la rive 4 aborde la rive 3 au point A est de préférence de l'ordre de 5 à 100 pour améliorer la qualité de la soudure. En variante, la rive intérieure 4 pourrait être guidée en ligne droite, mais le profil 6-7 planconcave est préférable du point de vue de l'élimination des contraintes dans la tôle au soudage. - REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la fabrication d'un tube métallique par enroulement en hélice d'une bande de tôle, du type suivant lequel on amène obliquement la bande de tôle, on la cintre et on soude en continu les deux rives opposées en contact, caractérisé en ce qu'on déforme la rive extérieure (3) de la bande (2) perpendiculairement au plan de cette bande suivant un profil à peu près elliptique (5) extérieur au contour du tube (1), tout en maintenant la rive intérieure (4) apeu-près dans le plan d'amenée de la bande, puis on donne à la tôle une forme à peu près tronconique intérieure au contour du tube, cette forme évoluant progressivement vers une forme cylindrique. 2.- Procédé suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'on donne à la rive intérieure (4), en regard du profil elliptique (5), une forme légèrement concave (7). 3.- Procédé suivant l'une des revendications let 2, caractérisé en ce qu'on fait se rejoindre les deux rives (3, 4) au point (A) où le profil de la rive extérieure (3), vu en bout, coupe celui (8) du tube (1). 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit point de rencontre (A) est voisin de la génératrice supérieure du tube (1). 5.- Procédé suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on effectue la soudure audit point de rencontre (A). 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la forme tronconique s'étend à peu près jusqu'à la génératrice inférieure du tube (1), avec un angle croissant puis décroissant entre ses génératrices (G) et l'axe (X-X) du tube. 7.- Dispositif de fabrication d'un tube métallique par mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, du type comportant des moyens d'amenée de la bande de tôle, des moyens de cintrage de cette bande, des moyens de maintien voisins du point de contact des deux rives, et des moyens de soudage de ces deux rives, caractérisé en ce que les moyens de cintrage (10) comprennent un corset (18, 19) présentant un passage à profil longitudinal à peu près elliptique (5) et adjacent à la rive extérieure (3) de la bande (2), et un corset (20, 21) présentant un passage à peu près linéaire (6-7) et adjacent à la rive intérieure (4) de cette bande. 8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que chaque corset (18, 19; 20, 21) est constitué de deux patins dont les surfaces en regard sont parallèles et espacées à peu près de l'épaisseur (e) de la bande de tôle (2). 9.- Dispositif suivant l'une des revendica tions 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend un galet (22) de guidage de la rive intérieure (4) voisin de la sortie du corset correspondant (18, 19). IO.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de galets (23) de maintien des rives (3, 4) voi sin de leur point de contact (A), et des électrodes de soudage haute fréquence (25) voisines de ce jeu de galets.