Brevet FR2599996A1 — publié le 19871218

i Cette invention concerne un procédé et un appareil pour la production en continu de tubes en métal, et de préférence en acier, soudés. Dans la technique de la fabrication en continu de tubes d'acier soudés, une réserve de bande d'acier est déroulée d'une bobine de bande et soumise à une opération de mise en forme de tubes et finalement à une opération de soudure continue dite de soudage en ligne. Avant le soudage en ligne, et donc au cours de l'opération de mise 10 en forme des tubes, un chauffage préliminaire d'une partie substantielle du produit tubulaire intermédiaire à l'exception des zones marginales le long des bords longitudinaux face à face est effectuée pour supprimer les efforts résiduels de compression dus à la contrainte 15 plastique induite dans lesdites zones marginales au cours de l'opération de mise en forme de tubes, lesdits efforts aboutissant à la formation préjudiciable d'ondulations sur les bords comme les appellent les spécialistes de la technique, ainsi que cela sera décrit plus complètement 20 par la suite. C'est donc un objet de la présente invention de créer un procédé et un appareil pour la production en continu de tubes métalliques soudés en ligne, capables de supprimer la formation des ondulations ou cordons des 25 bords en les ramenant au minimum possible. Afin de satisfaire les objets ci-dessus ainsi que d'autres objets de l'invention, il est proposé selon l'invention de créer un procédé de production en continu de tubes métalliques soudés en ligne, comprenant les opérations de: avance d'une bande métallique déroulée d'une bobine de bande; mise en forme de la bande métallique avancée en un tube préformé ayant ses bords longitudinaux disposés face à face et en butée, au moyen d'une série de groupes de galets disposés sensiblement en ligne; 35 soudage des bords longitudinaux face à face pendant que le tube préformé est avancé; chauffage, avant exécution du soudage, d'une partie notable du tube préformé en cours d'avance à l'exception des régions des bords y compris des bords longitudinaux, jusqu'à une température d'environ 50 à 200 C au-dessus de la température ambiante et refroidissement simultané au chauffage des régions des bords du tube préformé en cours d'avance afin de maintenir les régions des bords à une température comprise entre la température ambiante et une température 10 inférieure de 50 C environ à la température ambiante. De plus, selon l'invention, il est créé un appareil pour la production en continu d'un tube métallique soudé en ligne, ledit appareil comprenant: une série de groupes de galets disposés sensiblement en ligne 15 pour la mise en forme d'une bande métallique déroulée d'une bobine de bande en un tube préformé ayant ses bords longitudinaux disposés face à face et en butée; des moyens pour souder lesdits bords longitudinaux face à face pendant que le tube préformé est en cours d'avance; 20 des moyens placés dans une position en amont desdits moyens de soudage afin de chauffer une partie notable du tube préformé à l'exception des régions des bords y compris desdits bords longitudinaux du tube; et des moyens disposés le long de la trajectoire desdits bords 25 longitudinaux et sensiblement en parallèle avec lesdits moyens de chauffage afin de refroidir lesdites régions des bords. Ces objets ainsi que d'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au fur et 30 à mesure de la description en se référant aux dessins annexés. La fig. 1 est une vue schématique en perspective d'une installation classique de fabrication de tubes métalliques soudés qui constitue le point de départ 35 technique de la présente invention. La fig. 2 est une vue schématique en élévation d'une bobine de bande et d'une bande déroulée de cette dernière et en cours de mise en forme de tube préformé. La fig. 3 est une vue en plan de cette bande. La fig. 4 est un diagramme représentant la répartition des températures dans le cas d'un appareil classique. La fig. 5 est une vue agrandie en élévation d'une partie essentielle de l'appareil selon l'invention. La fig. 6 est une vue en perspective représentant la partie essentielle de l'appareil de la fig. 5. La fig. 7 est un diagramme semblable à celui de la fig. 4, mais il correspond à la présente invention. La fig. 8 est une vue semblable à la fig. 5 15 représentant, cependant dans, le cas d'une première modification de réalisation principale, la réalisation des fig. 5 et 6. la fig. 9 est une vue semblable à la fig. 8, illustrant, cependant, une seconde modification de la 20 présente invention. Avant de passer à la description détaillée des formes préférées de réalisation de la présente invention, un appareil de l'art antérieur correspondant tel qu'il est décrit dans le descriptif de la demande de brevet japonais, non encore examinée, Sho-58-184073, publiée le 27 octobre 1983 va être présenté en se référant aux fig. 1 à 3. Comme représenté a la fig. 1, une bande d'acier 1 est d'abord déroulée d'une bobine la. La bande 1 est déroulée de la bobine la en passant par un ensemble de galets de guidage 2a; de guides latéraux 2b; 2c et encore entre des paires de galets de mise en forme 2 et un groupe de galets de finition 3 afin d'effectuer un travail d'enroulement de 35 la bande et d'assemblage bord à bord de la bande successivement, de façon à créer un produit continu ayant grossièrement la forme d'un tube lb. Les bords longitudinaux de la bande 1 sont représentés en 4; 4 dans une position en amont proche du groupe de galets de finition 5 3. A une certaine distance de ce dernier, il est créé un moyen classique de chauffage 5 pour souder ensemble les bords longitudinaux opposés 4; 4 afin de créer un tube continu soudé en ligne. Comme cela est bien connu, la matière du produit 10 est soumise à des efforts élevés de traction plastique T à proximité des bords longitudinaux 4; 4 supérieurs à ceux des autres parties 6 au cours de l'opération de mise en forme de tubes, et, donc, dans la zone de finition, des efforts résiduels de compression seront créés à proximité des bords 4; 4, tandis que des efforts résiduels de traction apparaîtront dans la partie restante 6 du produit tubulaire, en provoquant ainsi la formation de ce que les spécialistes de la technique appellent des ondulations de bords à proximité de ces bords du fait des 20 charges de flambage résultantes. On s'est aperçu que l'opération de soudage en ligne ou par cordon était considérablement perturbée par la présence même de ces ondulations de bords, si elles existent. Dans la technique classique, le matériau du produit dans lesdites autres zones restantes 6 est soumis à un traitement thermique afin d'y créer une dilatation thermique correspondante pendant l'opération de traitement comprenant la mise en forme de tubes et le soudage en ligne dans le but de supprimer les efforts excessifs 30 de compression résiduelle apparaissant autrement dans les régions des bords et d'éviter la formation délicate et gênante des ondulations de bords, comme cela est décrit dans le descriptif du brevet US N 754,202. Il faut noter que si la création du type mention35 né ci-dessus d'ondulations de bords doit être supprimée par utilisation d'efforts thermiques spécialement induits de la manière indiquée ci-dessus, les défauts suivants sont apparus. Plus précisément, on a observé que les efforts thermiques volontairement induits dans le but de supprimer les efforts de compression apparaissant à l'origine à proximité des bords de la bande dépendent de la différence de températures T (figure 4) mesurée entre la température la plus élevée de la région chauffée du matériau du tube et la température dans les régions o10 marginales y compris les rebords longitudinaux 4; 4, et que si l'on chauffe la partie notable du matériau à l'exception des régions marginales y compris des bords longitudinaux, ces régions sont soumises à une augmentation de température considérable comme le représente la 15 fig. 4 du fait de la présence d'une conduction thermique, aboutissant à une différence de température T insuffisante. A la fig. 4, "0" représente la position centrale inférieure du matériau du tube, tandis que "iP" représente l'ultime extrémité de la région du bord sur une coupe du 20 produit. A titre de contre mesure, il serait concevable d'élever la température maximale de chauffage Tmax. Cependant, si cette température maximale de chauffage Tmax est portée à une trop forte valeur, une réduction 25 nettement appréciable de la quantité du liquide utilisée pour le refroidissement et la lubrification de la surface du matériau tubulaire serait nécessairement provoquée du fait d'une vaporisation excessive du liquide, ce qui conduit à son tour à augmenter le couple de mise en forme 30 et par conséquent ajoute à la difficulté de la mise en forme. Par conséquent, il existe une limitation notable à cette contre mesure. Une forme de réalisation préférée de l'invention va maintenant être décrite en se référant aux fig. 5 et 35 6, et en combinaison avec la fig. 1. 2599 96 Le numéro lb désigne un produit tubulaire intermédiaire ou tube préformé, comme on l'a désigné jusqu'à maintenant, qui a été mis en forme A partir d'une bande métallique 1 en la faisant passer par une série de paires de galets de mise en forme 2 et qui se trouve actuellement maintenu dans la zone de finition, lorsqu'on l'observe à un instant donné, quoique, en pratique, la bande ou matériau 1 et le tube lb sont avancés continuement. Des moyens de soudage 5 sont installés comme dans l'art 10 antérieur. La référence 10 désigne un moyen de chauffage cintré disposé suivant unecirconférence autour du tube lb et agencé pour chauffer une partie notable du tube lb à l'exception des zones des bords y compris des bords 15 opposés 4; 4. Comme moyen de chauffage 10, il est possible d'adopter n'importe quel chauffage classique approprié, comme un chauffage par induction à haute fréquence; un ou des brûleur(s) à gaz; un chauffage par rayonnement à infrarouge. Le moyen de chauffage 10 est 20 placé sur la partie la plus basse du tube lb et sur des régions importantes des parties latérales de ce tube comme représenté. La température du chauffage appliqué par le moyen de chauffage 10 est telle qu'elle chauffe la partie notable du tube préformé jusqu'à une température 25 qui dépasse la température ambiante de 50 à 200 C environ. La partie notable à chauffer représente par exemple, environ 75 % de la longueur de la circonférence du tube lb et la température de chauffage est, par exemple, d'environ 100 C dans le cas o l'épaisseur de la bande 30 est comprise entre 0,75 % et 1 % du diamètre du tube et o l'appareil de formage est du type classique. La référence 11 désigne un moyen de refroidissement disposé le long des régions des bords du produit tubulaire lb et agencé pour les refroidir. Comme moyen de 35 refroidissement 11, on peut adopter n'importe quel refroidisseur classique, comme un refroidisseur par jet d'air; un refroidisseur par jet d'eau ou un refroidisseur gazeux utilisant de l'azote liquide. Deux moyens de refroidissement 11 sont installés sur les trajectoires des régions des bords afin d'éviter une augmentation de température de ces dernières dans la forme de réalisation représentée, mais un seul moyen de refroidissement peut être installé afin de refroidir les deux régions des bords opposés au lieu des deux moyens de refroidissement. 10 Le moyen de refroidissement 11 est tel qu'il maintient les régions des bords à une température comprise entre la température ambiante et une température située à environ C au-dessous de la température ambiante. La température maximale de chauffage Tmax créée par le moyen de chauffage 10 doit être choisie de façon à éviter une importante réduction, par évaporation, de la quantité du milieu liquide de lubrification et de refroidissement appliquée à la surface du produit tubulaire lb compte tenu d'une incitation par ailleurs possible à augmenter le couple de mise en forme et de la difficulté de la mise en forme. D'autre part, la température choisie Tc pour le moyen de refroidissement 11 doit être supérieure à la température à laquelle une formation nuisible de givre sur les bords du produit 4; 4 est susceptible 25 d'intervenir, dans le cas o les bords longitudinaux du produit en tube lb sont soudés par un soudage TIG (soudage sous atmosphère de gaz inerte). Avec un tel refroidissement efficace des régions des bords y compris des régions 4; 4, de la manière indiquée ci-dessus, la répartition résultante de température est conforme à ce qui est indiqué à la fig. 7 qui représente un diagramme presque rectangulaire sans élévation de température et avec, pour induire des efforts thermiques, une différence de température â T 35 supérieure à celle des cas classiques comparables. LA encore, le symbole ""01 représente la position centrale inférieure du produit tubulaire, tandis que le symbole "P" représente l'extrémité la plus éloignée de la région du bord sur une coupe du produit tubulaire lb. Comme cela a été indiqué ci-dessus, la différence de température a T peut être sensiblement augmentée selon la présente invention, en aboutissant à une réduction plus considérable des efforts résiduels de compression dans les régions des bords y compris des régions 4; 4 10 comparativement à ceux qui apparaissent dans des cas classiques. Donc, dans le cas du procédé et de l'appareil de l'invention, même si le matériau de la bande métallique avait une épaisseur de paroi assez mince, des tubes métalliques soudés en ligne pourraient être fabriqués en 15 continu sans les défauts classiques dus aux ondulations des bords selon une option. A la fig. 8, une première modification de la forme de réalisation précédente est représentée. Dans ce cas, le moyen de chauffage 10 est séparé en plusieurs 20 unités de chauffage 10a; 10b..., qui sont disposées parallèlement et sur la circonférence autour du produit tubulaire lb. Ces unités 10a; 10b... sont construites et installées de façon à pouvoir être commandées séparément, bien que cela ne soit pas représenté. Dans le cas d'une seconde modification représentée à la fig. 9, le moyen de refroidissement 11; et un ensemble d'unités de chauffage subdivisées et séparées O10a; 0lob... sont échelonnées l'une après l'autre dans la direction longitudinale du produit tubulaire lb. Grâce à l'emploi de ces agencements modifiés, des effets assez semblables au cas de la précédente forme de réalisation principale peuvent être obtenus. Plus précisément, grâce à l'emploi de la seconde modification représentée à la fig. 9, dans laquelle le moyen de refroidissement 11 est installé dans ce que l'on ,996 a appelé la zone de finition, la différence de température nécessaire a T peut être obtenue d'une manière plus positive. On comprendra donc nettement que grâce à l'emploi du procédé et de l'appareil de l'invention dans lesquels une partie notable de la matière de la bande tubulaire à l'exception des régions marginales des bords de cette dernière y compris les bords latéraux est soumise au chauffage, alors que ces zones sont soumises à un refroi10 dissement forcé, la différence de température conduisant à la création des efforts thermiques nécessaires pour supprimer les efforts excessifs de compression apparaissant sinon dans les régions marginales des bords du produit, en donnant lieu à ce que l'on appelle des ondulations de bords qui sont nettement plus notables avec les diminutions de l'épaisseur de la bande du matériau, peut être augmentée par rapport aux cas classiques en garantissant ainsi des tubes métalliques de haute qualité de manière fiable. REVENDICATIONS 1. Un procédé pour la production en continu de tubes métalliques soudés en ligne, comprenant les opérations de: avance d'une bande métallique (1) déroulée 5 d'une bobine de bande (la); mise en forme de la bande métallique en cours d'avance en forme d'un tube préformé (lb) ayant ses bords longitudinaux (4) disposés face à face et en butée, au moyen d'une série de groupes de galets (2, 3) disposés sensiblement en ligne; soudage 10 desdits bords longitudinaux opposés alors que le tube préformé est avancé; et chauffage d'une partie notable du tube préformé avant exécution du soudage, caractérisé en ce que le chauffage est effectué dans ladite partie notable à l'exception des régions des bords y compris des 15 bords longitudinaux (4), jusqu'à une température supérieure d'environ 50 à 200 C à la température ambiante; et simultanément au chauffage, desdites régions des bords, lesdites régions des bords des tubes préformés (lb) en cours d'avance sont refroidies afin de maintenir 20 les régions des bords (4) à une température comprise entre la température ambiante et une température inférieure à la température ambiante d'environ 50 C. 2. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel le chauffage est effectué en des positions (O10a, 25 10b) espacées le long de la circonférence du tube (lb). 3 - Le procédé de la revendication 1, dans lequel le chauffage est effectué en des positions (O10a, 0lob) espacées le long de la circonférence et de la longueur du tube (lb). 4 - Un appareil pour la production en continu de tubes métalliques soudés en ligne, comprenant: une série de groupes de galets (2, 3) disposés sensiblement en ligne pour mettre une bande métallique (1) déroulée d'une bobine de bande (la) en forme d'un tube préformé (lb) ayant ses bords longitudinaux (4) placés face à face et 259 996 en butte; des moyens (5) pour souder lesdits bords longitudinaux (4) pendant que ledit tube préformé est avancé; et un moyen (10) disposé dans une position en amont desdits moyens de soudage (5) pour chauffer une partie notable dudit tube préformé (lb): caractérisé en ce que ledit moyen (10) de chauffage est installé de façon à chauffer le tube préformé (lb) à l'exception des régions des bords y compris desdits bords longitudinaux (4) et un moyen de refroidissement (11) est installé le long de la trajectoire desdits bords longitudinaux (4) et sensiblement en parallèle avec lesdits moyens de chauffage (10) pour refroidir les régions des bords, lorsqu'on les regarde perpendiculairement audit tube (lb). - L'appareil selon la revendication 4, dans 15 lequel ledit moyen de refroidissement (11) et lesdits moyens de chauffage (10) sont disposés sensiblement dans un plan circonférentiel commun du tube préformé (lb). 6 - L'appareil selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens de chauffage (10) et ledit moyen de 20 refroidissement (11) sont installés dans des positions échelonnées (10a, lob) vues dans une direction transversale par rapport au tube préformé (lb). 7 - L'appareil selon la revendication 6, dans lequel lesdits moyens de chauffage (10) sont subdivisés 25 en un ensemble d'unité de chauffage (10a, lob) réparties circonférentiellement autour du tube préformé (lb). 8 - L'appareil selon la revendication 7, dans lequel lesdites unités de chauffage séparées (O10a, lob) sont installées de manière échelonnée quand on les regarde dans une direction transversale par rapport au tube préformé. 9 - L'appareil selon la revendication 4, dans lequel le moyen de refroidissement (11) est un refroidisseur à jet d'air. - L'appareil selon la revendication 4, dans lequel le moyen de refroidissement (11) est un refroidisseur à jet d'eau. 11 - L'appareil selon la revendication 4, dans lequel le moyen de refroidissement (11) est un refroidisseur à azote liquéfié.