Brevet FR2516421A1 — publié le 19830520

La présente invention concerne le domaine de la fabrication de tubes soudés à paroi mince et a notamment pour objet un procédé de fabrication de tubes à paroi mince à soudure rectiligne, par exemple soudés à l'arc sous argon Le procédé peut être appliqué notanm1ent à la fabrication de tubes en divers métaux et alliages pour les appareils d'échange thermique, les antennes, les stylographes, la radioélectricité, l'électronique, les constructions dtinstruments et d'appareils de mesure et d'autres branches de l'industrie La méthode appliquée actuellement pour la fabrication de tubes à paroi mince est compliquée, requiers d'importantes dépenses de matières premières et de man- d'oeuvre, se traduit en définitive par une altération de la qualité et un abaissement des propriétés de résistance et de ductilité des tubes soudés. On connaît un procédé de fabrication de tubes à paroi mince à soudure rectiligne, qui comprend le roulage du feuillard de départ en tube entre les galets d'un laminoir-rouleur, puis le soudage par diverses méthodes. Afin d'assurer la formation d'une soudure résistante et de prévenir l'apparition d'un écartement en amont de l'électrode par suite de l'élasticité du métal, les bords du tube formé sont accostés et refoulés sous pression dans la dernière cage (cl,, par exemple, "Fondements théoriques de la fabrication de tubes soudés" par Juo M. Matveev, Moscou, Metallurgia, 1967, pp. 87,88,102,107 à 110, 120, etc0) Au fur et à mesure que l'épaisseur de la paroi du tube à souder diminue, la stabilité du profil baisse, et les contraintes de compression provoquent des déformations des bords : enflures, décalages relatifs, chevauchement, etc, Il s'ensuit une altération de la soudure : apparition de percées par brayage, manques de pénétration, abaissement des caractéristiques de résistance des soudures.Pour prévenir les décalages des bords et l'altération de la soudure - on accroît les exigences en ce qui concerne la précision de fabrication et le réglage des outillages et des montages assurant la conformation et l'accostage des bords dans l'ensemble de soudage de tubes -on fixe des tolérances plus rigides sur la largeur du feuillard et on rend plus sévères les exigences quant à la qualité du cisaillage et à l'état de surface des bords du feuillard. Pour le soudage des bords de l'ébauche de tube formée, on applique diverses méthodes. Par exemple, le soudage par induction à haute fréquence permet d'opérer à une vitesse considérable (jusqu'à 120 m/mn et plus). Toutefois,le soudage par induction à haute fréquence provoque la formation, sur la surface intérieure du tube, d'une bavure de 0,5 à 3 mm de hauteur, qu'il faut eliminer par un procédé mécanique. Par suite des difficultés importantes auxquelles se heurtent la mise en place des dispositifs d'ébavurage à l'intérieur du tube et l'évacuation subséquente des restes de la bavure et des copeaux se trou vant dans le tube, on ne fabrique par soudage à haute fréquence que des tubes d'un diamètre non inférieur à 32 mm et à épaisseur de paroi non inférieur à 2 mm. On connaît aussi un procédé de soudage sous argon d'une ébauche de tube formée, par lequel on peut fabriquer des tubes de diamètre inférieur à 32 mm et à épaisseur de paroi inférieure à 2 mm, car lorsque le soudage est exécuté à l'arc sous argon, il n'est pas nécessaire d'éliminer la bavure intérieure du tube : la surépaisseur locale se formant à la soudure sur la surface intérieure du tube est faible, de forme aplatie, avec une surface propre, non oxydée.Toutefois, le rendement du soudage à l'arc sous argon est faible : la vitesse de soudage sur les tubes en acier est d'à peine 0,3 à 0,5 m/mn, et sur les tubes en métaux non ferreux, d'à peine 1 à 1,6 m/mn, l'intensité du courant de soudage ne dépassant pas 30 à 45 A (ci,, par exemple, "Le soudage de tubes ultra-ninces" par DoA. Dudko, V0G. Verbitsky, B 10 Schneider et autres, Moscou, Mashinostroenie, 1977, p038)0 L'augmentation de la vitesse de soudage sous argon dans la fabrication des tubes minces s'avère impossible, car l'éventualité de défauts d'accostage et de conformation des bords s'accroit, la qualité des soudures baisse fortement, les quantités de rebuts augmentent : des percées et des défauts de cohésion apparaissent, on observe dans la zone du cordon des pores dus aux gaz, Ces dernières années, pour le soudage de tubes minces et ultra-minces, afin d'élever la qualité de la soudure on recommande l'application du soudage impulsionnel, par arcs de plasma et de micro-plasma, et d'autres processus assez compliqués de fusion des bords de l'ébauche de tube formée (cf., par exemple, "Le soudage des tubes ultra-minces" par D0A. Dudko, V.G. Ver#tsky, B010 Schneider et autres, Moscou, Mashinostroenie, 1977pipo34 à 39)0 Toutefois, tous ces procédés requièrent une préparation très soignée du feuillard de départ, des tolérances de largeur très étroites, une conformation compliquée pour obtenir un accostage régulier des bords, alors que la vitesse de soudage et le rendement du processus n'augmentent pratiquement pas. Le but de l'invention est de créer un procédé de fabrication de tubes minces à soudure rectiligne, qui permettrait d'accroître notablement le rendement du processus, tout en améliorant la qualité de la soudure. La solution consiste en ce que, dans le procédé de fabrication de tubes minces à soudure rectiligne, comprenant le roulage du feuillard de départ entre lesgalets d'un laminoir-rouleur pour l'obtention d'wle ébauche de tube, suivi du soudage à l'arc avec une électrode réfractaire sous gaz protecteur, d'après l'invention l'ébauche de tube est roulée de façon qu'il reste entre ses bords un écartement compris dans une plage de 1/500 à 1/30 du rapport du diamètre du tube à son épaisseur de paroi, les valeurs desdits diamètre et épaisseur étant exprimées en mm, la vitesse de soudage et l'intensité du courant de soudage étant choisies de façon à assurer dans la zone de soudage un dégagement de chaleur suffisant pour la disparition de l'écartement entre les bords, grâce à la dilatation du matériau de l'ébauche de tube, et pour la formation du cordon de soudure. Si les tubes minces à soudure rectiligne sont réalisées en laiton, il est avantageux d'exécuter le soudage à une vitesse de 8 à 20 m/mn et avec une intensité du courant de 80 à 250 A. Pour que le diamètre de la tache de l'arc de soudage recouvre les décalages éventuels des bords de l'ébauche de tube formée, il est souhaitable de choisir une électrode réfractaire d'un diamètre de 1/50 à 1/10 du rapport du diamètre du tube à l'épaisseur de paroi, les valeurs desdits diamètre et épaisseur étant exprimées en mm. Le procédé de fabrication de tubes minces à soudure rectiligne faisant l'objet de l'invention permet d'obtenir un grand rendement et, en même temps, d'améliorer la qualité de la soudure. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Le procédé faisant l'objet de l'invention consiste en ce qui suit. L'ébauche de tube est formée par roulage du feuillard de départ (entre les galets d'un laminoir-rouleur) de façon qu'il reste entre les bords un écartement compris dans la plage de 1/500 à 1/30 du rapport du diamètre -du tube à l'épaisseur de sa paroi, les valeurs desdits diamètre et épaisseur étant exprimées en mm. Ensuite l'ébauche de tube est soudée à l'arc avec une électrode réfractaire sous gaz protecteur. L'électrode est déplacée le long de 1 'écartement entre les bords de l'ébauche de tube. La vitessede soudage et l'intensité du courant de soudage sont choisies de façon que la chaleur dégagée dans la zone de soudage soit suffisante pour que l'écartement entre les bords disparaisse du fait de la dilatation du métal de i ébauche de tube et pour que le cordon de soudure puisse se former. La valeur de l'écartement entre les L#rds lors du roulage de l'ébauche de tube dépend de la largeur et de l'épaisseur du feuillard de départ de la matière et de la vitesse de soudage. La valeur minimale de l'écartement est déterminée de façon à exclure le recouvrement des bords et leur décalage par rapport à l'axe du tube.La valeur maximale de l'écartement tiat déterminée de façon à assurer sa fermeture du fait de la dilatation de l'ébauche de tube dans la zone de soudage; Au cours du chauffage de ébauche de tube par l'arc de soudage, son périmètre augmente sous l'effet de la dilatation thermique et , dans la zone de soudage, les bords se rapprochent et entrent en contact au moment de leur fusion et de la formation du bain de métal liquide= Grâce à leur écartement, les bords de l'ébauche de tube ne sont pas comprimés entre les galets du lemilloir- rouleur, ce qui exclut le risque de flambage et de décalage des bords de l'ébauche de tuDe mince et de perturbation du processus de soudage pouvant provoquer des percées par brûlage du métal et l'abaissement de la résistance mécanique de la soudure. La présence de l'écar- tement permet en outre de rendre moins sévères les prescriptions concernant la précision de la largeur du feuil- lard de départ et rend possible l'accroissement de la vitesse de soudage. La vitesse de soudage est choisie selon le matériau de l'ébauche de tube et ses dimensions, de façon à assurer la suppression de l'écartement entre les bords du fait de la dilatation thermique, tout en assurant une haute qualité de la soudure. Pour la fabrication de tubes minces en laiton,par exemple, la vitesse de soudage adoptée se situe entre 8 et 20 m/mn. Aux vitesses inférieures à 8 m/mn, les gaz dissus dans le metal liquide y sont retenus et forment des pores vIsibles qui affaiblissent la soudure, Dans l'intervalle de vitesses de 8 à 20 m/mn, la soudure ne présente pas de pores de dimensions tant soit peu notables et la soudure ne le cède en rien au métal de base du tube du point de vue de la résistance mécanique. L'augmentation de la vitesse au-dessus de 20 m/mn provoque l'apparition de manques de pénétration et d'entailles dans le cordon, ce qui abaisse la résistance mécanique de la soudure. L'obtention d'une soudure de qualité dépend aussi de l'intensité du courant de soudage. Elle doit entre suffisante pour que le dégagement de chaleur dans l'ébauche de tube assure la fermeture de l'écartement entre les bords par suite de sa dilatation et de la fusion des bords pour la formation d'une soudure de qualité. Pour la fabrication de tubes minces en laiton, par exemple, l'intensité adoptée du courant de soudage se situe dans la plage de 80 à 250 A, pour une vitesse de soudage de 8 à 20 m/mn. Pour une vitesse de soudage de 8 m/mn, l'intensité du courant de soudage n'est pas inférieure à 80 A, car autrement il pourrait s'ensuivre des manques de pénétration; pour une vitesse de 20 m/mn, une intensité du courant de soudage supérieure à 250 A provoquerait des percées et la formation d'entailles , et la résistance mécanique de la soudure serait inférieure à celle du métal de base du tube. Plus bas on donne des exemples concrets mais non limitatifs de réalisation de l'invention. ExemPle 1. Avec un feuillard de laiton (Cu = 68 %, Zn = 32 %) on forme une ébauche de tube ayant un écartement de 0,5 mm, soit 1/60 du rapport du diamètre (D) à l'épaisseur de paroi (t) du tube. Ensuite on soude le tube (D = 15 mm, t = 0,5 mm) avec une électrode en tungstène de 3 mm de diamètre, soit 1/10 de D/t, le courant de soudage étant de 140 A, et la vitesse de soudage, de 12 m/mnO Exemple 20 Avec un feuillard de laiton (Cu = 68 %, Zn = 32 %) on forme une ébauche de tube ayant un écartement de 0,04 mm, soit 1/500 de D/t. On exécute le soudage avec une électrode en tungstène de 1,5 mm de diamètre, soit 1/13 de D/t, l'intensité du courant de soudage étant de 80 A et la vitesse de soudage de 18 m/mn. Les dimensions du tube obtenu sont D = 6 mm, t = 0,30 mm. Exemple 3. Avec un feuillard de laiton (Cu = 70 %, Zn = 30 %) on forme une ébauche de tube ayant un écartement de 1,67 mu, soit 1/30 de D/to On exécute le soudage avec une électrode en tungstène de 4,5 mm de diamètre, soit 1/11 de D/t, l'intensité du courant de soudage étant de 250 A, et la vitesse de soudage, de 20 m/mnO Les dimensions du tube obtenu sont D = 40 mm, t = 0,8 mm. Exemple 4. Avec un feuillard de laiton (Cu = 85 /% ; Zn = 15 Xo) on forme une ébauche de tube ayant un écartement des bords de 0,30 mm, soit 1/66 de D/t. On exécute le soudage avec une électrode en tungstène de 2 mm de diamètre, soit 1110 de D/t, l'intensité du courant de soudage étant de 80 A et la vitesse de soudage étant de 8 m/mnO Les dimensions du tube obtenu sont D = 10 mm, t = 0,5 mm. Exemple 5. Avec un feuillard de laiton (Cu = 63 %, Zn = 37 O/o) on forme une ébauche de tube ayant un écartement de 1,8 mm, soit 1/83 de D/t. On exécute le soudage avec une électrode en tungstène de 3 mm de diamètre, soit 1/50 de D/t, l'intensité du courant de soudage étant de 120 A, et la vitesse de soudage,de 10 m/mn. Les dimensions du tube obtenu sont D = 45 mm, t = 0,3 mm. La précision de fabrication des galets du laminoirrouleur utilisé pour mettre en oeuvre le procédé dans tous les exemples cités, se situe dans la marge ordinaire en usage pour les ensembles de soudage de tubes. Dans tous les exemples on a utilisé un feuillard de laiton doux décapé, produit par l'industrie et ne requérant aucune préparation spéciale, L'étude des tubes fabriqués selon les exemples 1 à 5 a montré que la soudure était de haute qualité, sans percées ni manques de pénétration, etc. De la sorte, le procédé faisant l'objet de l'invention-assure un accroissement du rendement du soudage et une amélioration de la qualité des soudures. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de tubes à paroi mince à soudure rectiligne, du type comprenant le roulage d'un feuillard de départ entre les galets d'un laminoir-rouleur pour l'obtention d'une ébauche de tube, suivi d'un soudage à l'arc avec une électrode réfractaire sous gaz protecteur, caractérisé en ce que ébauche de tube est roulée de façon qu'il reste entre ses bords un écartement de valeur comprise dans la plage de 1/50CI à 1/30 du rapport du diamètre du tube à son épaisseur de paroi, les valeurs desdits diamètre et épaisseur étant exprimées en mmf la vitesse de soudage et l'intensité du courant étant choisies de façon à assurer dans la zone de soudage un dégagement de chaleur suffisant pour la disparition de 1 t écartement entre les bords par suite de la dilatation thermique du matériau de l'ébauche de tube et pour la formation du cordon de soudure. 2.- Procédé de fabrication de tubes à paroi mince selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsqu'il s'agit de tubes en laiton, le soudage est exécute à une vitesse de 8 à 20 m/mn et une intensité du courant de soudage de 80 à 250 A. 3.- Procédé de fabrication de tubes à paroi mince soudés selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre de l'électrode réfractaire est compris dans la plage de 1/50 à 1/10 du rapport du diamètre du tube à son épaisseur de paroi, les valeurs desdits diamètres et épaisseur étant exprimées en mm. 4.- Tubes soudés, caractérisés en ce qutils sont obtenus par le procédé conforme à l'une des revendications 1, 2 et 3.