A.- O._ a travaillé en qualité d'aide-chaudronnier au service de la société G._ SA de 1971 à 1975, puis de 1978 à 1993. Depuis lors, il n'a plus exercé d'activité lucrative.
Le 29 mai 1996, il a présenté une demande de rente de l'assurance-invalidité. Après avoir recueilli des renseignements d'ordre médical, l'Office cantonal AI du Valais (OAI) a rendu une décision, le 19 novembre 1997, par laquelle il a accordé à l'assuré, à partir du 1er avril 1997, un quart de rente, fondée sur un taux d'invalidité de 45 %.
Saisi d'un recours, le Tribunal cantonal valaisan des assurances l'a rejeté par jugement du 5 octobre 1998.
Par arrêt du 16 septembre 1999, le Tribunal fédéral
des assurances a admis le recours de droit administratif interjeté par O._, annulé (sans examen sur le fond) le jugement entrepris, ainsi que la décision de l'OAI du 19 novembre 1997 et renvoyé la cause au Tribunal des assurances du canton du Valais pour qu'il procède à une instruction complémentaire et rende un nouveau jugement.
La cour cantonale a requis l'expertise des médecins du Centre multidisciplinaire de la douleur à X._ qui ont établi leur rapport le 28 décembre 1999 et ont répondu le 8 janvier 2000 à des questions complémentaires.
B.- Par jugement du 17 avril 2000, le Tribunal des assurances du Canton du Valais a accordé à O._, avec
effet rétroactif au 1er avril 1997, un quart de rente d'invalidité de 332 fr. par mois pour lui-même, une rente d'un quart pour épouse de 100 fr. et une rente d'un quart pour l'enfant A._ de 133 fr.
C.- O._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement dont il demande l'annulation. Il conclut, principalement, à l'octroi d'une rente d'invalidité entière et, subsidiairement, à l'allocation d'une demirente d'invalidité, à partir du 1er avril 1997. Il sollicite le bénéfice de l'assistance judiciaire pour la procédure fédérale.
L'office AI conclut au rejet du recours. L'Office fédéral des assurances sociales n'a pas présenté de détermination.
D.- Par décision du 3 juin 1999, l'OAI a octroyé à O._ une demi-rente d'invalidité à raison de cas pénible, avec effet rétroactif au 1 juillet 1998.

Considérant en droit :
1.- Le jugement entrepris expose de manière complète les dispositions légales et les principes jurisprudentiels applicables au présent cas. Il suffit donc d'y renvoyer.
2.- a) Le recourant reproche aux premiers juges, d'une part, de s'être écartés de l'expertise judiciaire fixant le degré de son incapacité théorique de travailler à 50 % dans une activité adaptée et, d'autre part, d'avoir procédé à une estimation erronée du revenu d'invalide, en retenant, notamment, comme activité admissible un poste de travail dans la fabrication d'équipements électriques ou mécaniques de précision, pour laquelle il ne dispose d'aucune formation.
b) Rendue au terme d'une étude fouillée de l'ensemble du dossier médical (y compris les avis des médecins traitants consultés par le recourant) à l'issue d'examens cliniques approfondis tant sur le plan somatique que psychique, l'expertise des médecins du Centre Multidisciplinaire de la Douleur remplit toutes les exigences auxquelles la jurisprudence soumet la valeur probante d'un tel document (<ref-ruling> ss consid. 3a et 3b/bb et les références).
c) Les experts judiciaires ont posé le diagnostic de syndrome obstructif pulmonaire chronique de degré moyen à sévère sur ancien tabagisme, lombosciatalgies gauches chroniques, canal lombaire étroit constitutionnel, DISH (Diffuse idiopathic skeletal hyperostosis), état anxiodépressif, intelligence limite. Les troubles vertébraux et pulmonaires présentés par O._ ne lui permettent ainsi pas de reprendre son ancien métier d'aide-chaudronnier. Selon eux, le prénommé doit éviter, notamment, les positions immobiles, le port de charges supérieures à 5 kg et les mouvements de flexion-rotation du rachis dorso-lombaire. Par ailleurs, le docteur R._ a estimé la capacité théorique de travail du recourant dans une activité adaptée à son état physique et ne nécessitant qu'une simple mise au courant (surveillant de machines, monteur d'éléments légers, employé dans un service d'expédition) à 50 % du point de vue rhumatologique et à 100 % du point de vue pneumologique ou psychiatrique.
Enfin, l'expert judiciaire a fixé au 10 avril 1997 la date à partir de laquelle O._ a présenté une incapacité de travail théorique supérieure à 40 %, indiquant que l'incapacité de travail théorique pouvait être portée à 50 %.
d) C'est d'ailleurs aux mêmes conclusions qu'aboutissait trois ans auparavant le docteur B._, spécialiste en médecin physique et rééducation, sur la base de considérations médicales similaires à celles des experts (rapport du 7 mai 1996). Certes, le docteur H._, spécialiste en médecine physique, réadaptation et maladies rhumatismales - mandaté comme expert par l'AI - a-t-il fait état d'une incapacité de travail de 45 % dans l'activité habituelle, due aux troubles vertébraux, sans tenir compte des troubles pulmonaires. A cet égard, le docteur H._ a constaté que, lors de son examen du 14 janvier 1997, le patient présentait une incapacité de travail de 100 %, mais que celle-ci n'était que momentanée et due à une broncho-pneumonie G floride (rapport du 7 mars 1997). Or, presqu'à la même date, le docteur I._, spécialiste en médecine interne et maladies des poumons, a diagnostiqué un syndrome obstructif relativement important (rapport du 3 mars 1997) non seulement d'origine bronchique, mais également dû à une diminution de la compliance thoracique en relation avec les problèmes ostéo-articulaires (rapport du 15 décembre 1997). Il en résulte que des problèmes pulmonaires permanents, et non simplement momentanés, se greffaient sur les seuls troubles vertébraux pour lesquels le docteur H._ a retenu une incapacité de travail de 45 %. Partant, l'appréciation de ce praticien ne peut pas être retenue.
e) La valeur probante du rapport des experts judiciaires l'emporte également sur l'avis du médecin traitant, le docteur K._, selon lequel la pathologie pulmonaire rend impossible tout effort physique, même léger (rapport du 26 août 1998). En effet, le juge accorde davantage de poids à un rapport d'expertise remplissant toutes les conditions requises par la jurisprudence qu'à l'opinion du médecin traitant (RJJ 1995 p. 44; RCC 1988 p. 504 consid. 2). Par ailleurs, ce praticien n'indique pas dans quelle mesure son patient serait à même d'exercer une activité ne requérant aucun effort physique.
f) Dans sa réponse du 26 juin 2000 au recours de droit administratif, l'OAI relève quelques contradictions dont le rapport des experts judiciaires du 28 décembre 1999 pourrait paraître entaché. Celles-ci ont cependant été levées par les réponses de l'expert aux questions complémentaires.
g) Il s'impose dès lors de constater que, contrairement à ce qu'ont retenu les premiers juges, le recourant présente une incapacité de travail théorique de 50 % dans une activité légère adaptée à son état, ne nécessitant ni le port de charges supérieures à 5 kg, ni des positions immobiles, ni des mouvements de flexion-rotation du rachis dorso-lombaire.
3.- La comparaison des revenus destinée à déterminer le degré d'invalidité doit se baser sur la situation de 1997, époque à laquelle la décision litigieuse a été prise (cf. VSI 2000, p. 313 consid. 2c). Pour déterminer le revenu d'invalide, on peut se référer à des données statistiques telles qu'elles résultent des enquêtes suisses sur la structure des salaires de l'Office fédéral de la statistique, notamment quand l'assuré n'a pas - comme en l'espèce - repris d'activité professionnelle (<ref-ruling> consid. 3b/aa et bb, 124 V 323 consid. 3b/bb).
En l'occurrence, le salaire de référence est celui auquel peuvent prétendre les hommes effectuant des activités simples et répétitives dans le secteur privé, à savoir 4294 fr. par mois (Enquête 1996, tabelle 1; niveau de qualification 4). Comme les salaires bruts standardisés tiennent compte d'un horaire de travail de 40 heures, soit une durée hebdomadaire inférieure à la moyenne usuelle dans les entreprises de 1993 à 1998 (41,9 heures; La Vie économique 1/2001, p. 27, Tabelle B9.2), ce montant doit être porté à 4498 fr. ou 53 976 fr. par an. Après adaptation à l'évolution des salaires de 0,5 pour cent pour 1997, (La Vie économique 1/2001, p. 28, Tabelle B10.2), il en résulte pour 1997 un revenu hypothétique de 27 123 fr. (soit 54 246 fr. : 2), compte tenu de la capacité de travail résiduelle de l'assuré de 50 % (cf. VSI 2000 p. 313 consid. 2c).
Ainsi donc, si l'on tient compte d'un revenu sans invalidité - non contesté - de 59 934 fr. , il en résulte une invalidité de 54,7 %, justifiant l'octroi d'une demi-rente d'invalidité.
Même si l'on procédait à la déduction globale maximum de 25 % autorisée par la jurisprudence, pour tenir compte de certains empêchements propres à la personne de l'assuré (<ref-ruling> et 80, consid. 5b/aa-cc) - qu'il conviendrait d'ailleurs de justifier strictement et qui, à première vue, n'apparaît pas fondée à raison de ce pourcentage - il en résulterait un revenu d'invalide de 41 684 fr. 50, soit de 20 342 fr. pour une capacité de travail de 50 %. La comparaison de ce dernier montant avec un revenu réalisable sans invalidité de 59 934 fr., conduirait à un taux d'invalidité inférieur à 66 2/3 %, ce qui est encore insuffisant pour ouvrir le droit à une rente entière d'invalidité.
4.- Le recourant, qui obtient gain de cause dans sa conclusion subsidiaire, est représenté par un avocat. Il a droit à une indemnité de dépens pour l'ensemble de la procédure ce qui rend sans objet sa demande d'assistance judiciaire (art. 159 al. 1 et 2 en liaison avec l'art. 135 OJ; art. 85 al. 2 let. f LAVS en relation avec l'<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral des assurances
p r o n o n c e :
I. Le recours est admis en ce sens que le jugement du
Tribunal cantonal valaisan des assurances du 17 avril
2000 est annulé; le recourant a droit à une demi-rente
d'invalidité, avec effet rétroactif au 1er avril 1997.
II. Il n'est pas perçu de frais de justice.
III. L'office intimé versera au recourant la somme de
2500 fr. à titre de dépens (y compris la taxe à la
valeur ajoutée) pour l'ensemble de la procédure.
IV. Le présent arrêt sera communiqué aux parties, au Tri-
bunal cantonal valaisan des assurances et à l'Office
fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 22 janvier 2001
Au nom du
Tribunal fédéral des assurances
Le Président de la IIe Chambre :
La Greffière :