Brevet FR2599995A1 — publié le 19871218

i Cette invention concerne des perfectionnements a un procédé pour la production en continu de tubes métalliques soudés en ligne, et de préférence des tubes en acier. Dans la technique de la fabrication en continu de tubes d'acier soudés en ligne, de l'acier en bande est déroulé d'une bobine de bande et soumis à une opération de mise en forme de tubes et puis finalement à une opération de soudage linéaire ou en ligne. Dans ce cas, des zones des bords longitudinaux y compris des bords de la bande sont soumises à des déformations plastiques de traction supérieures à la partie restante du corps du tube en cours de formation. En conséquence, dans la zone d'écartement faible de finition 15 définissant la fin de l'opération de mise en forme de tube, des efforts résiduels excessifs de compression sont produits dans lesdites zones de bords longitudinaux, tandis que dans la partie principale du corps du tube, des efforts excessifs résiduels de traction sont pro20 duits, avec en conséquence une tendance défavorable à la formation d'ondulations de flambage, voilage et/ou gauchissement qui perturbent l'opération optimale désirée de soudage des bords. C'est un objet de la présente invention de créer 25 un procédé de fabrication de tubes soudés capable de traiter une bande ou un matériau, même s'il a une épaisseur de paroi plus mince ou plus épaisse, comme cela peut se présenter. Un autre objet consiste à crier un procédé du type ci-dessus capable d'éviter la formation désavantageuse d'ondulations de flambage, non seulement dans la première moitié de l'opération de mise en forme, mais aussi dans la seconde moitié de l'opération de préformage considérée dans son ensemble. 35 Pour obtenir ces objets, caractéristiques et avantages de l'invention, un procédé de fabrication en continu d'un tube métallique soudé en ligne est proposé, comprenant: une opération de déroulement d'une bande métallique d'une bobine de bande; une opération de préformage destinée à cintrer ladite bande métallique en un produit tubulaire par étape en des positions successives et distinctes de supports locaux de galets; une opération de soudage en ligne pour souder des bords 10 longitudinaux face à face et en butée dudit produit tubulaire et pour réaliser une soudure en ligne; et une opération de chauffage effectuée en avance par rapport à ladite opération de soudage en ligne pour chauffer une partie notable du dit produit tubulaire préformé à l'exception des zones des bords s'étendant respectivement, le long desdits bords longitudinaux, ladite opération de chauffage étant divisée en un ensemble de zones locales, la largeur du chauffage dans chaque zone locale divisée étant augmentée par palier vers l'opération de 20 soudage en ligne. Dans le but de chauffer le matériau tubulaire on peut employer un brûleur à gaz, un chauffage électrique à résistance; un chauffage électrique à induction ou un autre moyen classique semblable. Dans la suite, en se référant aux dessins annexés, une description plus détaillée de la technique correspondante de l'art antérieur et d'une forme de réalisation préférée va être donnée. La fig. 1 est une vue en perspective d'une installation de production en continu de tubes en acier soudés en ligne, appartenant à l'art antérieur et constituant le point de départ du procédé de la présente invention. La fig. 2 est une vue schématique en élévation d'une bande d'acier qui est d'abord soumise à une opération de mise en forme de tube. La fig. 3 est une vue de dessus en plan de cette bande. La fig. 4 est une vue en perspective représentant un appareil destiné à appliquer le procédé selon cette invention. La fig. 5 est une vue schématique agrandie, en 10 élévation d'une partie du matériau de la bande d'acier qui est soumise en même temps à une opération de mise en forme de tubes et à une opération de chauffage par paliers utilisant un ensemble de radiateurs échelonnés, dont chacun est placé entre deux supports successifs de 15 galets de mise en forme. La fig. 6 est une vue schématique agrandie développée en plan du matériau de la bande partiellement cintrée à l'opération de mise en forme. La fig. 7 est un diagramme représentant un exemple de répartition des contraintes axiales telles qu'elles apparaissent dans l'une des zones des bords longitudinaux au cours de l'opération de préformage en tubes. La fig. 8 est un autre diagramme représentant un 25 exemple de répartition des efforts axiaux tels qu'ils apparaissent dans l'une des zones des bords longitudinaux pendant l'opération de préformage de tubes. Avant de passer à la description détaillée des formes de réalisation préférées de cette invention, une 30 installation correspondante à l'art antérieur telles qu'elle est décrite dans le descriptif de la demande de brevet japonais publiée, non examinée, Sho-58184073, va d'abord être présentée en se référant aux fig. 1 à 3. Comme indiqué à la fig. 1, une bande d'acier 1 35 est d'abord enroulée en forme de bobine la. La bande 1 est déroulée de la bobine la grâce à un ensemble de galets de guidage 2a; de guides latéraux 2b; 2c et encore au moyen des supports 2 de galets de mise en forme et d'un groupe 3 de galets à écartement 5 faible de finition afin d'effectuer successivement un enroulement de la bande et une opération d'assemblage en bout des bords de la bande, afin de créer un élément tubulaire continu lb. Les bords longitudinaux sont représentés en 4; 4 en position rapprochée en amont du 10 groupe 3 des galets à faible écartement de finition; Pratiquement, le groupe 3 des galets de finition peut comprendre deux supports de galets distincts FP1 et FP2 comme indiqué à la fig. 5. A une certaine distance de ces derniers, est installé un moyen habituel de soudage 5 15 pour souder ensemble les bords latéraux opposés. et en butée 4; 4 afin d'obtenir un tube continu soudé-en ligne. Comme il est bien connu, la matière du produit est soumise à des efforts de traction plastique supé20 rieurs à proximité des bords longitudinaux 4; 4 à ceux qui apparaissent dans les autres portions 6 au cours de l'opération de mise en forme de tubes, et par conséquent, dans la zone de finition, des efforts résiduels de compression se formeront à proximité des bords 4; 4 tandis que des efforts résiduels de traction sont créés dans le reste du produit tubulaire, en provoquant ainsi la formation d'ondulations de flambage ou gauchissement comme les appellent les spécialistes de la technique à proximité de ces bords sous l'effet de charges de flam30 bage résultantes. On s'est aperçu que l'opération de soudage en ligne était considérablement perturbée par la présence de ces éventuelles ondulations de flambage ou gauchissement. Dans la technique classique, le matériau du produit dans lesdites régions restantes 6 est soumis à un traitement thermique, comme celui qui est décrit dans la demande de brevet US N 754,202, afin de créer dans cette région une dilatation thermique correspondante pendant l'opération de traitement comprenant la mise en forme de tubes et le soudage en ligne, afin de supprimer les efforts résiduels excessifs de compression qui apparaissent sinon dans les régions des bords et d'empêcher la formation délicate et gênante d'ondulations de flambage ou gauchissement sur les bords. Il faut noter que si la génération du type d'ondulations de flambage mentionnée ci-dessus est destinée à supprimer en utilisation les contraintes thermiques précisément induites de la manière indiquée cidessus, les défauts suivants apparaissent. Quand le 15 produit en bande 1 d'épaisseur relativement élevée est utilisé, les flambages ou gauchissements sont assez fréquemment observés dans la moitié aval de l'opération de mise en forme de tubes. Au contraire, avec l'emploi d'un matériau en bande ayant une très faible épaisseur, 20 des déformations d'importance considérable se produisent souvent pendant le passage dans les supports de galets successifs de mise en forme, déjà dans la moitié amont de l'opération de mise en forme de tubes, ce qui conduit assez fréquemment à favoriser des déformations de flam25 bage ou gauchissement. Ces déformations deviennent assez apparentes au fur et à mesure de la progression de l'opération de mise en forme de tubes. De ce fait, même si la partie notable du produit 6 à l'exception de zone marginale des bords latéraux est chauffée ou inversement 30 même si ces zones des bords sont elles-mêmes soumises à un refroidissement des déformations locales en dehors de la surface peuvent néanmoins subsister puisque ces zones locales une fois soumises à des déformations de flambage ou gauchissement ont été fortement et plastiquement 35 déformées à un degré important, indépendamment d'une contre mesure macroscopique généralement adoptée et exécutée dans le but d'éviter l'apparition de flambage ou gauchissement. Dans le cas de l'existence résiduelle de telles déformations en dehors de la surface, les surfaces des bords opposés ne sont pas amenées en coïncidence mutuelle et il en résulte donc la création de défauts de soudage, tels que des "trous d'épingles" et des "puits". Afin d'obtenir un soudage en ligne sans défaut il faut donc 10 que toute formation d'ondulations sur les bords et/ou d'ondulations de flambage soit effectivement empêchée. Le procédé de cette invention peut résoudre les problèmes exposés cidessus. En se référant maintenant aux fig. 4 à 6, dans le procédé de fabrication de tubes 15 en acier soudés en ligne selon cette invention, le symbole BD représente une zone d'arrêt; CL une zone de groupement et FP une zone de finition contenant chacune plusieurs supports de galets. Plus précisément, la zone d'arrêt BD comprend des premier à quatrième supports de 20 galets d'arrêt BD1 - BD4; la zone de groupement CL des premier à troisième supports de galets de groupement CL1 - CL3, et la zone de finition FP des seconds supports de galets de faible écartement FP1 et FP2 respectivement. Comme indiqué aux fig. 7 et 8, les contraintes axiales et les efforts de compression axiale dans le bord longitudinal 4 d'une bande qui subit l'opération de mise en forme de tube sont particulièrement élevés sur et après le troisième support de galets d'arrêt BD3 quand on regarde dans la direction d'avance du produit. Selon cette invention, des unités de chauffage lOa; lO0b;... g sont successivement installées dans les zones intercalées entre les supports de galets après le troisième support BD3 de galets d'arrêt comme indiqué aux fig. 4 et , afin de compenser lesdits efforts de compression axiale. Dans ce cas, comme indiqué schématiquement à la fig. 6, une partie importante 6 de la bande lb en cours d'enroulement est soumise au chauffage afin de compenser lesdits efforts de compression axiale comme indiqué en O10a, 10b,... et 10g. Ce mode de chauffage est latérale5 ment symétrique par rapport à la droite médiane X-X de la bande 1 ou du tube lb en cours de mise en forme. La largeur w du chauffage mesurée latéralement par rapport à la direction d'avant de la bande, ou du tube lb, est choisie pour être plus importante tandis que la position 10 avance en direction de l'extrémité de la machine o sort le produit. De même, la sortie ou température ( T) au-dessus de la température ambiante des unités de radiateur 10a à 10g est choisie pour être plus grande, quand la position avance en direction de l'extrémité sortie du produit de la machine afin d'élever la température de chauffage successivement en direction de ladite extrémité de sortie. Dans le cas du présent procédé selon l'invention, puisque la partie importante 6 de la bande et le produit 20 lb sont soumis au chauffage dans toutes les zones de mise en forme BD, CL et FP, la crainte de la génération d'ondulations de flambage ou gauchissement peut être effectivement supprimée, et en fait, dans toutes lesdites zones de mise en forme. Plus précisément, le premier support de galets de groupement CL1 inclus dans la zone de mise en forme est pris comme exemple. Dans le produit en bande directement après avoir été soumis A une opération locale et partielle d'enroulement sur ce support de galets particulier CL1 et si un préchauffage est effectué 30 au stade amont précédent sous l'effet des unités de chauffage 10a, 0lob, les zones des bords y compris les bords latéraux 4; 4 du produit ont été soumises à des efforts de reconstitution, si bien que la stabilisation de l'effort de compression visé disparaît effectivement. 35 Dans le cas du procédé de l'invention, cependant, le produit en forme de tube est soumis dans la région actuellement considérée délimitée entre le premier support de galets de groupement CL1 et le second support suivant CL2 à un chauffage dû à l'unité de radiateur 10c jusqu'à une température supérieure à celle de la région 5 locale précédente, de sorte qu'un rétablissement notable de ce défaut d'effet de stabilisation de l'effort de compression peut être obtenu grâce A l'introduction intentionnelle des efforts thermiques apparaissant ainsi et provoqués par la différence de température de chauf10 fage. En conséquence, dans toutes les zones entre supports de galets y compris dans la zone de préformage de la bande commençant à la zone d'arrêt BD et se terminant à la zone de finition FP, les zones des bords marginaux y compris les bords de la bande 4; 4 peuvent être sensiblement maintenues à l'état de stabilisation de l'effort de compression si bien que la formation des ondulations de flambage apparaissant de la manière précédemment décrite peut être effectivement empêchée. Chacune des largeurs w de la zone de chauffage 20 mesurée dans la direction latérale par rapport à la direction d'avance de la bande est choisie de manière à être de plus en plus petite vers l'amont, et, naturellement, c'est pour cette raison que la chaleur qui est appliquée aux produits en bande dans les étapes amont 25 précédentes va diffuser latéralement en direction des zones des bords marginaux y compris des bords de la bande 4; 4 quand le temps s'écoule pendant la progression de la mise en forme de tube en élevant ainsi la température des zones des bords. En adoptant la contre mesure ci30 dessus, des défauts comme ceux-ci peuvent être positivement et effectivement supprimés. De plus, du point de vue de l'accroissement du rendement thermique de l'application de la chaleur au sens précédent, il est très souhaitable d'augmenter la 35 ?9995 largeur w de la zone de chauffage en restant en rapport avec la vitesse de diffusion thermique latérale à chaque stade entre les supports de galets. De plus, dans la présente invention, la réparti5 tion des températures mentionnées ci-dessus est organisée pour apparaître en synchronisme sur les deux côtés latéraux du produit tubulaire par rapport à la droite médiane X-X de ce tube lorsqu'on le voit sur un développement en plan. Cette mesure a été adoptée afin d'em10 pêcher des répartitions d'efforts décalées par rapport à ladite droite médiane. A titre d'exemple, une région de bord latéral du produit tubulaire est soumise à une importante concentration d'efforts, tandis que au même moment l'autre région latérale de bord est désavan15 tageusement soumise à des ondulations de flambage. Ce phénomène nuisible peut, cependant, être suffisamment vaincu par l'emploi de la précédente répartition d'efforts symétrique et bien équilibrée considérée comme une caractéristique marquante comme indiqué ci-dessus, du 20 procédé de la présente invention. I1 faut encore noter que dans la moitié amont de l'opération de préformage en tube, le produit en bande représente naturellement une plus large ouverture entre les bords que ce qui apparaît en aval de l'opération de 25 préformage et les efforts de flambage apparaissant dans les régions des bords y compris des bords longitudinaux 4 4 ont des valeurs plus faibles, en étant ainsi susceptibles de favoriser une formation désavantageuse d'ondulations de flambage du fait de la présence de petits efforts dus à la déformation plastique. D'autre part, de la même manière, les régions centrales orientées-longitudinalement du produit représentent des efforts de flambage inférieurs et si ces zones devaient être soumises à un chauffage concentré, la crainte d'une incitation nuisible des efforts de flambage par l'apparition des efforts thermiques de compression peut se produire dans ces régions centrales au lieu de de ce qui peut apparaître dans les zones des bords longitudinaux, comme cela a été indiqué ci-dessus. Cependant, dans le cas de la présente invention, le choix de températures de chauffage adoptées dans la moitié amont de l'opération de mise en forme de tubes pour qu'elles soient inférieures à celles de la moitié aval de cette opération, permet d'éviter le risque d'une incitation aux flambages ou gauchissements 1o dans ces zones centrales de manière efficace et positive. Le flambage ou l'ondulation des bords est très susceptible de se produire dans la zone à écartement étroit FP. Donc, il est impératif que les unités de chauffage soient installées dans cette zone afin de créer 15 une élévation de température au-dessus de la température ambiante, qui soit comprise-entre 50 et 200 C. Lors de la manipulation d'une bande mince dont l'épaisseur est égale ou inférieure à 2,0 % du diamètre du tube à fabriquer, il y a une possibilité pour qu'une ondulation apparaisse 20 aussi dans la zone située entre -les supports de galets d'arrêt BD3 et BD4. Dans ce cas, l'élévation de température peut aller de 50 à 150 C quand les largeurs de chauffage w sont faibles et peut être maintenue A environ C pour toutes les zones de chauffage quand les lar25 geurs w de chauffage sont grandes. En conclusion de ce qui précède, on note que dans le procédé de fabrication en continu de tubes métalliques soudés en ligne, le produit en bande est soumis à un traitement thermique dans chacune des zones locales subdivisées tout au long de l'opération de mise en forme de tubes jusqu'au poste de soudage en ligne, alors que la température de chauffage est élevée par étape quand le produit tubulaire avance vers le poste de soudage. De cette façon, le produit tubulaire est soumis à des efforts de traction dans les régions des bords et dans chacune des régions locales divisionnaires, en créant ainsi une possibilité de former des tubes métailiques soudés en ligne de très bonne qualité sans présenter aucune marque de flambage ou gauchissement. De plus, puisque la largeur de la zone de chauffage mesurée latéralement par rapport à la ligne médiane de la bande s'étendant dans la direction d'avance du produit, est choisie pour être de plus en plus petite vue dans la direction amont, l'apparition d'une élévation de 10 température dans les régions marginales y compris les bords de la bande à obtenir par diffusion thermique, latérale pendant l'acheminement de la bande ou du tube dans la direction avant et aval, peut être effectivement empêchée de sorte que des ondulations de flambage du type 15 mentionné cidessus ne se produisent pas. ?'995 REVENDICATIONS 1 - Un procédé pour la fabrication en continu de tubes métalliques soudés en ligne, dans lequel une bande de métal (1) est déroulée d'une bobine de bande (la) et enroulée au cours d'une opération de préformage en un produit tubulaire (lb) par étape en des positions successives et distinctes de supports locaux de galets et dans lequel les bords longitudinaux opposés et en butée (4) du produit tubulaire sont soudés au cours d'une opération de 10 soudage en ligne pour former un joint soudé et une partie (6) du produit tubulaire préformé (lb) à l'exception des zones des bords s'étendant le long des bords longitudinaux (4) est chauffée au cours d'une opération de chauffage en avance sur l'opération de soudage en ligne: 15 caractérisé en ce que l'opération de chauffage est divisée en plusieurs de zones locales (10a, 10b, 10c, g), et la largeur de chauffage (w) dans les zones locales divisées augmente par échelon en direction de l'opération de soudage en ligne. 2 - Le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que la température de chauffage (LAT) dans les zones locales divisées augmentent par échelon en direction de l'opération de soudage en ligne. 3 - Le procédé de la revendication 2, caractérisé 25 en ce que la température de chauffage ( LT) est comprise entre 50 et 200 C au-dessus de la température ambiante.