Brevet FR2510002A1 — publié le 19830128

i Procédé et dispositif pour la fabrication de tubes présentant des diamètres extérieurs et intérieurs variant par paliers. La présente invention concerne un procédé pour la fa- brication des tubes présentant des diamètres extérieur et éven- tuellement intérieur qui varient par paliers, ce procédé opé- rant par réduction sur un mandrin au moyen de cylindres annu- laires entraînés positivement qui tourillonnent dans une cage de laminoir animée d'un mouvement de va-et-vient. Dans de nombreux domaines d'application, on a besoin de tubes qui possèdent des longueurs partielles épaissies in- térieurement et/ou extérieurement Ceci est vrai en particulier pour les tubes pour l'exploitation des gisements pétroliers, en particulier pour les tubes de trains de tiges de forage à extrémités renflées Les tubes de trains de tiges de forage sont actuellement laminés A chaud, les extrémités épaissies sont refoulées à chaud et usinées mécaniquement Les raccords filetés préalablement préparés sont fixés par vissage ou sou- dage La résistance mécanique finale exigée est obtenue par traitement thermique. La dépense de moyens techniques et financiers impli- quée par ce procédé est très grande Le but de ltinvention est donc de créer un procédé, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, avec lesquels cette dépense puisse ttre considérablement réduite, et ceci par application du procédé du laminoir à pas de pèlerin. Il est connu en principe de faire varier le diamètre extérieur de tubes dans le laminage au laminoir à pas de pèle- rin (demande de brevet allemande 583 662) Pour cela, il est connu d'utiliser deux dispositions, à savoir la modification de l'écartement des cylindres pendant le laminage d'un tube et la modification de la longueur effective de réduction d'u- ne cannelure de cylindre Cette dernière modification peut être obtenue, d'une part, par modification du rayon effectif de la manivelle effectuée de telle manière que, pour produire un épaississement extérieur, on supprime le travail d'une par- tie de la longueur de la cannelure, sur le côté de sortie ou, 25100 c 2 par rotation des cylindres,d'autre part par un déplacement des crémaillères, de telle manière qu'ici également, une certaine partie de la longueur de la cannelure n'est pas laminée Ces deux mesures déjà connues sont affectées d'inconvénients de sorte que, jusqu'à présent, elles n'ont pas pu s'imposer dans la pratique. La modification de l'écartement des cylindres pendant le laminage du tube exige une construction mécanique coûIteuse. La largeur de cannelure doit 9 tre adaptée au diamètre maximum du tube et, de cette façon, elle est trop grande pour le pe- tit diamètre de tube Ceci se traduit par un médiocre état de surface sur le tube et par des propriétés de déformation défa- vorables Par ailleurs, le procédé ne convient pas bien dans le cas des différences de diamètre exigées pour les tubes de trains de tiges de forage. En outre, la modification de la longueur de réduction effective d'une cannelure de cylindre présente des inconvé- nients C'est ainsi que la modification du rayon effectif de la manivelle exige également une construction mécanique cof- teuse Par ailleurs, dans la région de ltépaississement, on ne dispose pas d'une cannelure Tisseuse, de sorte qu'on doit s'at- tendre à obtenir un état de surface médiocre sur le tube Le procédé ne convient pas pour les grandes différences de diamè- tres, en raison des largeurs de cannelure qui sont nécessaires dans ce cas et en raison des défauts de déformation et de qua- lité qui sont liés à cette grande largeur de cannelure. La rotation des cylindres par manoeuvre des crémaillè- res, en vue de réaliser une modification de la longueur de ré- duction effective de la cannelure des cylindres implique cer- tes une plus faible dépense de moyens techniques sous l'aspect de la construction mécanique, mais il s'y manifeste par ail- leurs les mêmes inconvénients que dans le procédé décrit plus haut. Pour résoudre ce problème, on propose suivant l'inven- tion d'utiliser différentes cannelures pour produire différents diamètres extérieursune zone de lissage étant associée à cha- que cannelure et une zone prévue pour la rotation et l'avance du tube étant associée à au moins une cannelure. Alors que tous les procédés utilisant le laminoir à pas de pèlerin pour la production de différents diamètres de tubes qui sont déjà connus ne travaillent qu'avec une seule cannelure qui entre en prise entièrement ou qui n'entre que partiellement en prise dans le cas d'épaississements exté- rieurs, l'invention est basée sur le principe qui consiste à prévoir plusieurs cannelures sur un cylindre annulaire, une cannelure étant définie par une zone de déformation fermée qui conduit d'une section de lopin définie à une section de tube définie. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu deux cannelures, la première cannelure étant seule mise en prise pour le laminage du grand diamètre extérieur tandis que, pour le laminage du petit diamètre extérieur ou du tube, la première cannelure et au moins une partie de la deu- xième cannelure sont successivement mises en prise pendant une course de la cage Gràce à la présence de plusieurs cannelures différentes sur le cylindre annulaire, cette proposition per- met avantageusement de prévoir des zones de lissage entre les cannelures, de sorte que la qualité de la surface du tube et la géométrie de la zone de transition entre le grand diamètre et le petit diamètre sont très supérieures à celles qu'on ob- tenait dans les procédés connus jusqu'à présent. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est proposé de prévoir trois cannelures, le grand diamètre ex- térieur étant laminé avec une première cannelure décroissante tandis que, ensuite, un premier segment du petit diamètre ex- térieur est laminé avec une cannelure croissante et que le pe- tit diamètre extérieur est laminé avec une autre cannelure dé- croissante raccordée à la cannelure croissante. Avec ce procédé, il est possible de réduire considé- rablement la longueur de la zone de transition entre le grand diamètre extérieur et le petit diamètre extérieur tout en con- servant les avantages mentionnés plus haut Par ailleurs, avec 2510002 - cette proposition, la rotation et l'avance du tube se produi- sent à un point mort de sortie, de sorte qu'il est possible d'effectuer un travail de déformation aussi bien pendant la course d'avance de la cage que pendant la course de recul. Suivant une caractéristique avantageuse, la zone de lissage et/ou la zone servant pour la rotation ou l'avance du tube sont utilisées en commun pour deux cannelures voisines. De cette façon, on obtient de grandes longueurs de cannelures avec un diamètre de cylindre donné. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé sui- vant l'invention est caractérisé en ce que le cylindre annu- laire est muni de deux cannelures dont la première décro t constamment, le début de la cannelure correspondant en section au diamètre du lopin et la fin de la cannelure correspondant en section au grand diamètre extérieur du tube et le début de la deuxième cannelure, qui est également continuellement dé- croissante, correspondant de m 4 me en section au grand diamè- tre extérieur et tandis que la fin de cette cannelure corres- pond en section au petit diamètre extérieur du tube. Grâce à cette construction, il est possible d'utili- ser de façon optimale une circonférence de cylindre donnée, et ceci grâce au fait qu'avec la grande réduction de section entre le lopin et le tube, on peut utiliser additivement les deux cannelures. Un autre dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention qui comporte trois cannelures qui permet- tent de laminer de courtes zones de transition entre les dif- férents diamètres, est caractérisé par le fait que le cylindre annulaire est muni d'une première cannelure qui croit dans le sens du laminage et de deux autres cannelures qui décroissent dans le sens du laminage, les cannelures présentant des pro- fils différents Dans cette construction, la cannelure qui croit dans le sens du laminage sert à laminer le tube tandis que la cannelure qui décro t dans le sens du laminage est pré- vue pour laminer l'épaississement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu que la transition entre la prise d'une cannelure et la suivante s'effectue par déplacement par translation de la crémaillère qui entra ne les pignons des cylindres Cette me- sure, connue en soi permets lorsqu'elle est combinée au procé- dé suivant l'invention, de réaliser un dispositif simple au point de vue de la construction mécanique, qui est profitable A la rentabilité de l'installation et du procédé. Par ailleurs, suivant une autre caractéristique de l'invention, le déplacement de la crémaillère se produit par un mouvement continuellement oscillant, en vue de réduire à un minimum les forces exercées sur le lopin et sur la tige du man- drin Le mouvement oscillant de la crémaillère est de préféren- ce réglable en fonction du programme de laminage. Pour produire des tubes possédant des extrémités é- paissies intérieurement et suivant une autre caractéristique de l'invention, le mandrin est muni d'une région de diamètre réduit qui peut 9 tre amenée dans la zone de déformation par une translation longitudinale du mandrin Le mandrin est donc divisé, d'une façon connue en soi, en une zone affectée au la- minage de lépaississement intérieur et une zone affectée atu laminage de la section proprement dite du tube, l'une ou l'au- tre des deux zones entrant en action selon le diamètre exté- rieur à obtenir Ce procédé connu en soi offre, en combinaison avec le procédé suivant l'invention, la possibilité de produi- re de la façon optimale des tubes épaissis intérieurement ou extérieurement, ce qui ne pouvait être obtenu jusqu'à présent d'une façon économique que par laminage à chaud. Différents modes de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et de réalisation du dispositif suivant l'invention seront à présent décrits en regard des dessins annexés, don- nés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: la figure 1 est une section transversale d'un cylin- dre annulaire à deux cannelures: la figure 2 est une coupe transversale d'un cylindre annulaire à trois cannelures; les figures 3 à 6 sont des coupes de la fente de la- 10002 - minage prises respectivement dans les différentes zones des cannelures du cylindre de la-figure 2. Sur la figure 1, le cylindre annulaire est désigné par la référence 1 et ce cylindre présente deux régions de la- minage 2 et 3 Ici, la première région de laminage 2 sert à réduire le lopin à la section d'un épaississement et la deu- xième région de laminage 3 sert à réduire le lopin à la sec- tion finie du tube La première région de laminage 2, qui s'é- tend du point mort d'entrée ETI au point mort de sortie AT 1, comprend la région de changement 4 prévue pour la rotation et l'avance du tube dans la région de point mort &entrée, une zone de marche à vide, sans contact entre les cylindres et le tube, la première zone de déformation 5, destinée à laminer l'épaississement et la première zone de lissage 6 destinée à lisser l'épaississement Pour amorcer le laminage du diamètre du tube, on fait tourner le cylindre 1, de préférence alors que l'avance du tube est interrompue mais pendant la marche du laminoir, de telle manière que la deuxième région de laminage 3 soit mise en prise par pas successifs avec les points morts ET 2-AT 2 La deuxième région de laminage 3 comprend la deuxième région de changement 7, les zones de déformation et de lissage et 6 destinées à laminer l'épaississement, ainsi que la deu- xième zone de déformation 8 destinée à réduire l'épaississe- ment au diamètre du tube et la deuxième zone de lissage 9 des- tinée à lisser le tube. Dans cet exemple de réalisation, un cycle de travail pour le laminage d'un tube se déroule de la façon suivante: Tout d'abord, la première région de laminage 2 roule sur la matière à laminer Dans la première région de change- ment 4, on fait tourner et avancer le tube, la matière à lami- ner étant alors détachée du mandrin non représenté Maintenant, avec un diamètre de cannelure qui est légèrement plus grand que le diamètre du lopin, on laisse le produit à laminer se faire dépasser par le cylindre, sans contact avec celui-ci, jusqu'au début de la première zone de déformation 5 Cette zone correspond à la région de déplacement du cylindre 1 La pre- 10002 mière zone de déformation 5 réduit maintenant le diamètre du lopin au diamètre de l'épaississement, sur la longueur voulue. Ensuite, commence la rotation du cylindre 1, de préférence avec mise à l'arrêt de l'avance, la deuxième zone de déforma- tion 8 s'engageant de préférence dans le produit laminé par pas successifs Dans cette opération, par accroissement par pas successifs du degré de réduction, on produit une zone de transition conique entre l'épaississement déjà laminé et le tube formé Lorsquedans cette opération, le laminoir a atteint la deuxième zone de laminage 3, l'avance est éventuellement re- mise en marche et la section proprement dite du tube est la- minée sur toute sa longueur Ceci se produit en deux phases a chaque course de la cage, à savoir avec la première zone de déformation 5 qui ramène du diamètre du lopin à la section de l'épaississement, puis, avec la deuxième zone de déformation 8, qui ramène de la section de l'épaississement à celle du tube Lorsque la longueur prévue du tube a été laminée, on fait tourner le cylindre en arrière pour le ramener à la pre- mière région de laminage, on lamine l'extrémité arrière épais- sie et le cycle de travail est ainsi terminé La rotation du cylindre se produit alors de la façon traditionnelle, par trans- lation de la crémaillère d'entraînement des cylindres. Sur la figure 2, le cylindre annulaire est également désigné par la référence 1 Dans cet exemple, le cylindre an- nulaire est muni de trois cannelures 11, 12 et 13 La cannelu- re 11 sert à laminer le tronçon de tube épaissi, la course de la cage s'étendant du point mort d'entrée ETI jusqu'au point mort de sortie ATI En raison de la faible réduction de dia- mètre et d'épaisseur de paroi du tube qui se produit à ce mo- ment, il n'est pas nécessaire d'utiliser une véritable canne- lure La cannelure Il présente donc une allure qui ne se ré- trécit pas, la profondeur de cannelure étant choisie d'après le diamètre de l'extrémité épaissie du tube et la largeur de la cannelure étant choisie d'après le diamètre du lopin La cannelure est représentée sur la figure 3 dans la région du plan de coupe A-A Ici, on a désigné par RI le cylindre annu- laire supérieur et par R 2 le cylindre annulaire inférieur La cannelure est indiquée en 14 La section du tube est désignée par la référence 15 et le mandrin par la référence 16. Lorsqu'on a laminé l'épaississement du tube sur toute la longueur nécessaire, on fait tourner le couple de cylindres annulaires R 1, R 2 par translation de la crémaillère, sans ar- ret de la cage de laminoir mais de préférence avec interrup- tion de l'avance du lopin, jusqu'à ce que la course de la cage soit caractérisée par le point mort d'entrée ET 2 et le point mort de sortie AT 2 Pendant la rotation des cylindres annulai- res Ri, R 2 sans avance du lopin de la position ETM à AT 1 à la position ET 2 à AT 2, la cannelure 2 produit une réduction lo- cale du diamètre en arrière du début épaissi du tube Après mise en marche de l'avance du lopin, on lamine maintenant une longueur de tube qui correspond approximativement à la lon- gueur de la cannelure 12. Sur la figure 4, on a représenté une coupe transver- sale de la'cannelure et du tube, dans la région du point mort d'entrée ET 2 On y reconna t que, à la suite de tronçon épais- si du tube, ce tube a subi une réduction considérable de son diamètre extérieur. Par rotation progressive des cylindres annulaires 1, 2, à l'aide des crémaillères, rotation qui amène ces cylindres à la position point mort dtentrée ET 3 à point mort de sortie AT 3, on crée la condition nécessaire pour le laminage de la section proprement dite du tube La position ET 3 à AT 3 est la position correspondant au processus normal de laminage de la section du tube au moyen de la cannelure 13, avec laquelle on lamine maintenant la totalité de la longueur du tube propre- ment dit, jusqu'au début de la transition amenant à l'extré- mité épaissie arrière L'extrémité épaissie arrière peut main- tenant être laminée par une nouvelle rotation qui amène le cy- lindre à la position E Tl à Afi. La figure 5 montre une coupe de la cannelure et du tube prise dans la région du point mort d'entrée ET 3, c'est-à- dire au début du processus de laminage du tube proprement dit. 2510002, La figure 6 montre la cannelure et le tube à l'état fini, à peu près dans la région de la cannelure de lissage. Avec l'opération décrite, le cycle de travail d'un tube est terminé et le tube suivant peut 9 tre commencé aussit 8 t après. Un important avantage du procédé de laminage décrit consiste en ce que l'opération de laminage peut être exécutée sans arrgt du laminoir, de sorte qu'on peut obtenir une grande rentabilité Le deuxième procédé décrit est conçu pour la ro- tation et l'avance du lopin dans la région du point mort de sortie. La rotation des cylindres qui amène ces cylindres aux différentes positions de travail se produit par un mouvement de la crémaillère, d'une façon connue en soi, et il est alors concevable d'utiliser le déplacement de la crémaillère pour produire à chaque course de la cage du laminoir un léger dé- placement oscillant de la crémaillère Ce mouvement est calcu- lé de telle manière que la vitesse instantanée de la cisaille volante et la vitesse circonférentielle instantanée du pignon soient adaptées l'une à l'autre de telle façon que la force longitudinale exercée sur le chariot d'avance et sur la tige du mandrin soit réduite à un minimum Ce procédé est parti- culièrement avantageux lorsque l'avance du lopin se produit, ainsi qu'il est connu en soi, totalement ou partiellement, au point mort de sortie Grâce à cette caractéristique, les avan- tages essentiels de l'avance totale ou partielle effectuée au point mort de sortie peuvent 9 tre entièrement mis à profit, en combinaison avec les avantages d'un calibrage relativement simple effectué suivant l'invention, en entra nant un accrois- sement de la capacité de production et une diminution de l'u- sure des machines. R E V E N D I C A T I-O N S 1 Procédé de production de tubes présentant des dia- mètres extérieur et éventuellement intérieur qui varient par pas successifs agissant par réduction de la section sur un man- drin, au moyen de cylindres annulaires entrainés positivement et tourillonnant dans une cage de laminoir qui est animée d'un mouvement de va-et-vient, ce procédé étant caractérisé en ce que, pour produire des diamètres extérieurs différents on uti- lise différentes cannelures ( 2, 3, 11, 12, 13) du jeu de cy- lindres ( 1), une zone de lissage ( 6) étant associée à chaque cannelure et une zone prévue pour la rotation et l'avance du tube ( 15) étant associée à au moins une cannelure. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu deux cannelures, la première cannelure étant mise seule en prise pour le laminage du grand diamètre extérieur tandis que, pour le laminage du petit diamètre ex- térieur ou du tube, la première cannelure et au moins une par- tie de la deuxième cannelure sont mises en prise successive- ment pendant une course de la cage. 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu trois cannelures, le grand diamètre ex- térieur étant laminé avec une première cannelure décroissante tandis qu'ensuite, un premier segment du petit diamètre exté- rieur est laminé avec une cannelure croissante et que le petit diamètre extérieur est laminé avec une autre cannelure consé- cutive également décroissante. 4 Procédé suivant les revendications 1 et 3, carac- térisé en ce que la zone de lissage et/ou la zone prévue pour la rotation ou l'avance du tube sont utilisées en commun pour deux cannelures voisines. Dipositif pour la mise en oeuvre du procédé sui- vant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le cy- lindre annulaire ( 1) est muni de deux cannelures ( 2, 3) dont la première ( 2) décro t constamment, le début de la cannelure correspondant en section au diamètre du lopin et la fin de la 10002 il cannelure correspondant en section au grand diamètre exté- rieur du tube et le début de la deuxième cannelure ( 3), qui est également constamment décroissante correspondant en sec- tion au grand diamètre extérieur tandis que la fin de cette cannelure correspond en section au petit diamètre extérieur du tube. 6 Dispositif suivant la revendication 5, caracté- risé en ce que le cylindre annulaire ( 1) est muni d'une pre- mière cannelure ( 11) qui cro t dans le sens du laminage et de deux autres cannelures ( 12, 13) qui décroissent dans le sens du laminage, les cannelures ( 11, 12, 13) présentant des profils différents. 7 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la transition entre la prise d'une cannelure ( 2, 3, 11,12, 13) et la suivante s'effectue par translation de la crémaillère qui entra Ine les pignons des cylindres. 8 Dispositif suivant la revendication 7, caracté- risé en ce que le déplacement de la crémaillère s'effectue par un mouvement continuellement oscillant pour réduire à un minimum les forces exercées sur le lopin et sur la tige du mandrin. 9 Dispositif suivant la revendication 8 caracté- risé en ce que le mouvement oscillant de la crémaillère peut 4 tre réglé en fonction du programme de laminage. 10 Dispositif suivant l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que, pour produire des tubes à extrémités renflées à l'intérieur, le mandrin ( 16) est muni d'une région de diamètre réduit qui peut Ltre amenée dans la zone de déformation par un déplacement longitudinal du mandrin.