Procédé de soudure électrique à rapprochement et machine pour sa mise en couvre
pour la production d'un tube.
Cette invention comprend un procédé de
soudure électrique à rapprochement et une
machine pour sa mise en oeuvre pour la pro
duction d'un tube soudé à rapprochement.
Le procédé suivant l'invention est carac
térisé par l'application d'une pression de
soudure pour fermer la fente de soudure et
par l'application d'un courant de soudure
pulsatoire de fréquence industrielle pour tra
verser la fente de soudure fermée sous pres
sion, le tout avec une telle progression rapide
et continue le long de la ligne de soudure que
le métal est amené à être soudé à des tempé-
ratures maximum distinctement différentes à
des points successifs, répétés régulièrement et de manière constante da-ns la soudure.
La machine pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisée par une gorge de compression de la pièce à travailler, formée par un rouleau, par des moyens pour supporter la pièce à travailler et par des électrodes en forme de rouleaux, disposées de façon à chevaucher la ligne de soudure et être en contact avec la pièce a travailler sur chacun des
côtés de la ligne de soudure et près de cette
ligne de soudure, ces électrodes étant reliées à
une source de courant d'une fréquence donnée
et d'une intensité et d'un voltage réglés sui
vant la vitesse de marche de la pièce à tra
vailler, pour chauffer une très courte lon
gueur des bords de la pièces à travailler
comprimée dans la gorge, approximativement
à la température de fusion,
et par des moyens
pour déplacer la pièce à travailler dans la
gorge de soudure à une si grande vitesse
qu'elle présente aux électrodes, au moment
de chaque maximum du courant, une longueur de la pièce à travailler encore non soudée.
Le tube soudé à rapprochement ainsi procluit est caractérisé par le fait que la soudure présente des variations périodiques correspon- dant aux fluctuations rapides de la tempé- rature pendant la soudure.
Suivant le procédé faisant l'objet de l'in- vention, une bande de tôle, qui est formée en forme d'un tube ayant une ligne de soudure ouverte située sur lui dans le sens de sa lon gueur, est comprimée eirconféreneiellement pour amener les bords à souder en contact l'un avec l'autre sous une pression qui assure la soudure de ses bords l'un à l'autre lorsqu'ils sont amenés à une température suffisamment haute.
Simultanément avec la pression de ces bords l'un contre l'autre, un courant élec- trique périodique de fréquence industrielle (qui peut être, par exemple, de 25 à 120 alternances) est envoyé à travers eux. La rapidité de soudure et la rapidité de refroidissement de la ligne soudée pour empêcher sa réouverture sont obtenues en concentrant le courant sur un passage très court et très étroit en travers de la ligne de soudure, par quoi on concentre la chaleur produite par ce courant sur une très petite surface de la manière suivante :
Les électrodes, par lesquelles le courant est amené pour former le tube, sont en contact avec ce dernier sur chaque côté de la ligne de soudure, aussi près de cette dernière que possible, sans provoquer de contact direct ou de court-circuit entre les électrodes.
Le courant pénètre dans et quitte le tube s près de la ligne de soudure que pratiquement seuls les bords à souder sont chauffés par le courant. La haute pression qui force les bords l'un contre l'autre est appliquée au tube pratiquement sur une ligne qui s'étend circonférenciellement autour du tube, de sorte que les bords de la ligne de soudure sont pressés l'un contre l'autre avec une grande force à l'endroit où la ligne de pression traverse la ligne de soudure. La résistance entre les bords en contact à cet endroit est beau- coup plus petite qu'à n'importe quel autre point sur la ligne de soudure ouverte, et le courant est par cela, concentré sur un passage très étroit qui traverse la ligne de soudure dans la ligne de plus grande pression et la chaleur produite par le courant est également limitée à une très petite surface.
Pratiquement seules les faces en contact des bords du tube sont chauffées à une temrature de soudure, tandis que les parois du tube, même a une très petite distance de la ligne de soudure, ne sont pas chauffées de manière appréciable. Pour cette raison, il faut moins de courant pour souder une longueur donnée de la ligne de soudure, que si les parois du tube étaient fortement chauffées Åa une certaine distance de la ligne de soudure et pour une intensité de courant donnée la. soudure est plus rapide.
Lors de la soudure le tube passe si rapi- dement entre les électrodes que 1'effet des variations périodiques du courant à souder est distinctement visible sur la ligne de soudure lorsque la soudure est effectuée. Ensuite de la haute pression par laquelle les bords sont forcés l'un contre l'autre une très petite quantité du métal des bords est pressée contre l'extérieur de la ligne de soudure et forme un bourrelet. Ce bourrelet ainsi formé est nettement plus large aux points auxquels un courant maximum traverse la ligne de soudure qu'aux points où le courant ne traverse pas cette ligne, c'est-à-dire les points de la ligne de soudure qui se trouvent entre les électrodes lorsque le courant passe pa. 0 (zéro) et se renverse.
En réglant le courant et la vitesse avec laquelle le tube passe entre les électrodes, on peut produire une soudure continue ou une soudure intermittente. Dans le premier cas, la. ligne de soudure est soudée sur toute sa longueur, mais à des intervalles espacés régulièrement le long de la ligne de soudure, le métal est plus recuit qu'à des points intermédiaires.
Cette variation dans le métal soudé correspond aux variations de la chaleur produite par les variations périodiques du courant de soudage. Dans le dernier cas, la ligne de soudure est soudée incomplètement ou, si on le désire, elle n'est pas soudée à des intervalles espacés régulièrement auxquels aucun courant ne la traverse quoique entre de tels points elle soit solidement soudée.
Une soudure continue peut être produite, par exemple, par un courant alternatif de fréquence 60 et de 1. 2, 000 ampères lorsque le tube présente des parois de 6 mm et passe entre les électrodes à une vitesse de 22 mètres à la minute. En diminuant le courant ou en augmentant la vitesse avec laquelle le tube passe entre les électrodes, une soudure inter mittente ou périodique peut être produite.
Au moyen du procédé ci-dessus 18 à 28 mètres de tube peuvent être soudés à la minute (pour une soadure continue).
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine suivant l'invention.
La fig. 1 est une vue latérale en éléva- tion de la machine ;
La fig. 2 est une vue latérale en éléva- tion de l'arrière de la machine sans le moteur ;
La fig. 3 est une vue en plan de la machine montrant les engrenages, le dispositif de soudage étant enlevé ;
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 3, à plus grande échelle ;
La fig. 5 est unercoupe suivant la ligne 5-5 de la fig. 3, à plus grande échelle ;
La fig. 6 est une vue agrandie d'une partie de la fig. 1, certaines parties étant repré-- sentées en coupe pour montrer le mécanisme ;
La fig. 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 6 ;
La fig. 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 1, à plus grande échelle ;
La fig. 9 est une vue en plan avec coupe partielle de la fig. 8 ;
La fig. 10 est une coupe suivant la ligne 10-10 de la fig. 8 ;
La fig. 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la fig. 9 ;
La fig. 12 est une coupe suivant la ligne 12-12 de la fig. 8.
Le mécanisme formant une bande de tôle telle qu'une bande en tôle d'acier pour en faire un tube ayant une ligne de soudure ouverte, située dans le sens de sa longueur, est monté sur un châssis et comporte deux séries de rouleaux, une série inférieure com prenant les rouleaux 40, 41,42,43 et 44 et une série supérieure comprenant les rouleaux correspondants 45,46,47,48 et 49. Ces rouleaux tournent autour d'axes horizontaux et leurs extrémités reposent dans des paliers 52 montés à coulisse et pouvant être déplacés verticalement, au moyen de vis 61 logées dans des pièces 60 disposées à l'extrémité supérieure des glissières des paliers 52. Les rouleaux inférieurs sont pourvus de gorges, les rayons de courbures des gorges dans les rouleaux 40, 41,42 et 44 décroissant dans l'ordre indiqué.
Les rouleaux supérieurs 45 à 47 sont pourvus de saillies annulaires ajustées respectivement dans les cannelures des rouleaux 40 à 42. Les rouleaux 48 à 49 sont pourvus de deux cannelures séparées par un disque disposé pour maintenir séparés l'un de l'autre les bords du tube partiellement formé. Le disque du rouleau 49 est de moindre épaisseur que celui du rouleau 48. La bande passant entre les rouleaux re çoit par ceux-ci la forme d'un tube.
Les glissières des paliers disposés sur l'un des côtés des rouleaux 40 à 49 sont montées sur un support 54, mobile, qui peut être déplacé dans le sens des axes des rouleaux, au moyen de deux vis 55 et 56 logées dans le bâti 20, portant chacune une roue d'angle qui est en prise respectivement avec une roue d'angle correspondante 58 et 59 montée sur un axe 57, qui peut être actionné par exemple au moyen d'une manivelle. Ce dispositif permet de changer facilement les rouleaux. Les rouleaux de la série inférieure 40 à 44 présentent chacun à une extrémité de son axe une partie carrée 73, qui est logée dans une extrémité d'un organe de liaison 74 qui présente à ses deux extrémités des logements ménagés à cet effet.
Dans l'autre extrémité de chacun de ces organes 74 est logée une partie carrée 72 d'un arbre 70 logé dans un palier 71 et portant à proximité de cette partie carrée 72 un pignon 78 et, à son extrémité opposée à la partie 72, un pignon d'angle 69.
Les paliers 70 sont portés par le bâti 20, et au-dessus de chacun d'eux est monté un pa- lier 75 dans lequel tourne un arbre 76 paral- lèle à l'arbre 70 et actionné par un pignon 77 qui est en prise avec le pignon 78. Les axes des rouleaux de la série supérieure 45 à 49 ainsi que les arbres 76 présentent chacun une extrémité carrée logée respective- ment dans un organe 80 et 79 d'un joint universel 81. Ce joint 81 permet la transmission du mouvement des arbres 76 aux rouleaux 45 à 49. Entre les rouleaux 42 et 43 sont disposés deux rouleaux verticaux 50 montés sur des axes 82 tournant dans des paliers 83 montés à coulisse sur un support tra. nsversal 84 et pouvant être rapprochés ou eloignés l'un de l'autre au moyen de vis 85.
Entre les rouleaux 43 et 44 sont disposés deux autres rouleaux verticaux 51 montés sur des arbres 86 tournant dans des paliers 87 qui sont fixés eux-mêmes aux glissières des paliers 52 au moyen de vis 88 permettant de régler leur position.
A l'extrémité du mécanisme d'alimentation est placé un dispositif 89 (fig. 1) destiné à guider le tube partiellement fermé à la partie de la machine dans laquelle il est soudé. Ce dispositif a également pour but d'empêcher une torsion du tube en formation autour de son axe, avant qu'il soit soudé. Le dispositif 89 est représenté à plus grande échelle et en détail aux fig. 8 à 12.
En référence à ces figures, ce dispositif comporte un cadre rigide 90 fixé à des supports 91 et 92 de la machine. Ce cadre présente dans sa partie supérieure une glissière 93 transversale et dans sa partie inférieure. une glissière semblable 94. Dans ces deux glissières peut se déplacer un cadre 95 sous l'action d'une vis 97 portant un volant 96 et qui est logée dans un manchon 98 solidaire du cadre 90 et vissée dans une partie 99 du cadre 95. Sur les côtés verticaux de ce dernier sont formées deux glissières sur lesquelles se déplace une plaque mobile 100 qui est commandée par une vis 102 vissée dans le cadre 95 et logée dans un manchon 104 d'un support 103 qui est fixé à cette plaque.
La partie médiane de celle-ci est travaillée de manière à former un palier pour un épaulement 105, d'un disque 106, à denture héli- coidale qui est en prise avec une vis sans fin 109 montée sur un arbre 110, actionné par un volant 111. Dans la partie médiane du disque 106 est formé un logement 112 présentant une ouverture rectangulaire 113 dans laquelle sont disposés deux rouleaux 114 et 115 destinés à servir de guides au tube formé par les rouleaux précédents. Ces rouleaux sont montés sur des arbres 116 tournant dans des paliers formés dans des plaques 117 et 118 qui sont retenues en place contre les parois 112 du logement par des organes de retenue 119.
Chacun des rouleaux présente une gorge semi-circulaire et ces cannelures placées en regard l'une de l'autre présentent une gorge ayant sensiblement le diamètre du tube au moment où il sort des rouleaux précédents 40 et 49. Le rouleau supérieur 11. 5 présente dans la partie la plus profonde de sa gorge une arête annulaire 120 qui maintient encore éloignés l'un de l'autre les deux bords à souder du tube. Grâce à l'ensemble de ce dispositif, la position des rouleaux peut être exactement réglée* par rapport aux autres rouleaux et à la partie de la machine dans laquelle se fait la soudure.
La partie de la machine comportant les organes exécutant la soudure du tube est montée sur un bâti 23 dans lequel peut se dé- placer verticalement un support 121 soumis a, l'action de deux vis 122 et 123 dont les extrémités pénètrent respectivement dans des parties 124 et 125 du support. Sur chacune de ces vis est monté un pignon 126 à denture hélicoïdale qui engrène avec une vis sans fin 127 montée sur un arbre 128 qui peut être actionné, par exemple, au moyen d'une manivelle. Dans la partie supérieure du support 121 sont formées des glissières horizontales 129 et 130 dans lesquelles glissent deux plateaux 131 et 134 sur lesquels sont montés les organes exécutant la soudure.
Dans le plateau 131 est logée, de manière à pouvoir tourner, une tige 135, et elle est filetée sur toute sa. partie située en dehors du plateau 131 contre le plateau 134. Cette partie filetée est logée dans une ouverture taraudée correspondante du plateau 134 et, en agissant, par exemple, sur l'extrémité carrée 135l de la tige 135 on peut éloigner ou rapprocher l'un de l'autre les plateaux 131 et 134. Ce dispo sitif permet un changement facile des organes exécutant la soudure. Au plateau 131 est fixée une pièce 133 présentant une ouverture taraudée à travers laquelle passe une vis 132 qui est logée dans le support 121 et sur laquelle on peut agir, par exemple, au moyen d'une manivelle.
Cette vis permet de déplacer ensemble, horizontalement, les deux plateaux 131 et 134 avec les organes qu'ils portent, afin de régler la position des organes exécutant la soudure par rapport aux autres parties de la machine. Sur chacun de ces plateaux est montée une pièce 136 dans laquelle est ménagé un palier pour un arbre sur lequel est fixé un rouleau 137 présentant une cannelure 157 ainsi qu'un pignon 160.
Chaque pièce 136 sert de base à un support 138 fixé sur elle et qui comporte deux glissières sur lesquelles peut se déplacer verticalement un palier 140 dans lequel tourne un tourillon creux 141 d'une pièce creuse 149', respectivement 150l. La position de chaque palier 140 est réglée au moyen de deux vis 142 et 143 prenant appui sur le support 138, respectivement en 144 et 145. Sur chaque pièce 149r et 1501 est fixée une électrode annulaire 149 et 150, respectivement.
L'organe 149l et l'électrode 149 sont fixés à l'organe 150t et à l'électrode 150 au moyen de vis passant à travers l'électrode 150 et l'organe 150l et en étant isolés au moyen de manchons 151, ces vis étant vissées dans l'organe 1491 et l'éleetrode 149. L'organe 1491 et l'électrode 149 sont isolés de l'organe 150 et de l'électrode 150 au moyen des organes isolants 152 et 156. Les tourillons 141 des organes 149l et 1501 qlli, avec les électrodes 149 et 150 constituent le rouleau d'électrodes, sont isolés des paliers 140 au moyen de manchons 146.
Des électrodes 149 et 150 sont pourvues d'une gorge 155 s'étendant sur toute leur circonférence. La gorge 155 et la gorge 157 dans le rouleau de support 137 ont chacune une section transversale sensiblement de forme semi-circulaire de sorte qu'entre les électrodes et le rouleau de support 137 une gorge de soudure de section transversale circulaire est formée et, ainsi que cela est représenté en fig. 7, chaque électrode est en contact avec un tube 158 passant dans la gorge de soudure, sur un arc de sensiblement 90 de la circonférence du tube et le rouleau de support 137 est en contact avec le tube 158 sur un arc de sensiblement 180 de la circon- férence du tube.
Les organes 149'et 150'forment, lorsqu'ils sont fixés ensemble, une chambre 154 pour de l'eau de refroidissement qui y est amenée et qui en est évacuée par des conduites 195. Chaque conduite 195 est con nectée au moyen d'une pince 192 à un tube 193 qui est introduit avec son autre extrémité dans une douille 186 qui est introduite dans l'ouverture d'un tourillon 141, mais en est isolée par des anneaux de joints 188. La douille 186 est reliée au moyen d'une vis 194 à une plaque 189 qui est fixée à l'organe 138 au moyen de boulons 190. L'organe isolant 152 est pourvu d'une ouverture 153 pour permettre à l'eau de refroidissement de passer à travers la chambre 154 d'une conduite 195 à l'autre conduite 195.
Le courant électrique est amené aux deux électrodes par des balais 182 disposés sur les pièces annulaires 180 en cuivre massif. Ces balais sont tous en contact avec une surface cylindrique 181, de chaque électrode. Chacune de ces pièces annulaires 180 est reliée par un conducteur 179 à une barre 178, à la quelle sont reliées les extrémités inférieures des bobines secondaires d'un transformateur 24 qui est retenu au-dessus de la machine par des tiges 25. Le pignon 160, fixé sur l'arbre du rouleau 137 engrène avec un pignon 161 monté sur un arbre 162. Ce pignon est en prise avec un pignon 163 monté sur un arbre 164 sur lequel est également fixé un rouleau 165. Le pignon 163 est en prise avec un pignon 168 sur l'arbre duquel est monté un rouleau 166.
Le tube 22 passe, après avoir été soudé, entre les deux rouleaux 165 et 166. Les paliers du rouleau 166 peuvent être déplacés dans. des glissières for mées dans son support 167. Le tube 22 passe alors sous un rouleau fou 169 dont les paliers peuvent se déplacer dans des glissières de son support, sous l'action d'une vis 170.
Sur l'extrémité de l'arbre 162 est fixé un pignon 171.
Un moteur électrique 26 est relié à un arbre 28 au moyen d'une chaîne 27 par l'in- termédiaire d'un embrayage 99. Sur 1'arbre 28 est monté un pignon 66 qui engrène avec une roue dentée 67, fixée sur un arbre 63 portant un pignon 65. Ce dernier est en prise avec une roue dentée 64 montée sur un arbre 62. Cet arbre se prolonge sur toute la partie arrière du bâti 20 et porte des pignons d'angle 68 qui sont en prise avec les pignons d'angle correspondants 69.
Sur une de ses extrémi- tés, l'arbre 62 porte encore un pignon d'angle 177 qui est en prise avec un pignon d'angle correspondant 176 monté sur une extrémité d'un arbre 174 sur-lequel est fixé un pignon 175, qui est en prise avec un pignon 172.
Celui-ci est monté sur un support qui lui permet d'osciller autour de l'axe de l'arbre 174. Ce dispositif permet, en changeant le pignon 171 avec lequel le pignon 172 est en prise de modifier le rapport de transmission des arbres 174 et 162.
L'embrayage 29 est commandé par un levier à main 30 pivoté à son extrémité inférieure en 31 et relié dans sa partie supérieure par une bielle 32 à un levier coudé 33 pivoté sur le bâti de la machine et dont l'autre ex- trémité est reliée à une bielle 3-1 pivotée en 35 sur un levier 36 fixé sur un arbre 37 tournant dans des paliers 38 et 39 montés sur le bâti de la machine. Cet arbre porte plusieurs leviers 36, ce qui permet d'actionner l'embrayage 29 depuis plusieurs points de la machine.
La machine fonctionne comme suit :
Une bande de métal 21 est introduite entre les rouleaux 40 à 49 qui sont actionnés par l'arbre 62 par l'intermédiaire des pignons 68 et 69 ainsi que des organes 70,74. des pignons 77 et 78 et des organes 81.
Cette bande quitte ces rouleaux pour passer entre les rouleaux 114 et 115 dont la position est exactement réglée au moyen des volants 96,101 et 11. 1, et elle en sort ayant sensiblement la forme d'un tube 22 qui est amené, avec les bords à souder encore légèrement écartés l'un de l'autre par l'arête 120 entre les électrodes des organes opérant la soudure.
Ce tube 22 est alors entraîné dans la gorge de soudure formée par les cannelures 157 et 155. Cette gorge de soudure est de diamètre légèrement inférieur à celui du tube, de manière à produire la pression né- cessaire de l'un contre l'autre des bords à souder, au moment de la soudure.
Le courant périodique envoyé à. ces éleetrodes est tel qu'il se produit sur les bords à souder un ramollissement voisin du point de fusion à chaque endroit traversé par le courant maximum, ainsi qu'un chauffage moins prononcé entre deux de ces points voisins. La vitesse de rapprochement des bords est réglée en faisant varier la vitesse de rotation du rouleau 137 et des rouleaux 40 à 49.
Les électrodes sont refroidies par de l'eau provenant de la conduite 195 passant dans la chambre 154 d'une électrode à l'autre et sortant de cette chambre par une conduite opposée à 195.
Le courant électrique fourni aux éleetrodes provient du transformateur 24 et passe par les organes 178,179,180 et les balais 182.
Avec une machine pour la mise en oeuvr ? du procédé suivant l'invention, établie comme décrite ci-dessus, le ramollissement nécessaire pour la soudure n'a lieu que sur les bords à souder eux-mêmes, ce qui, dans le cas particulier, évite une déformation sensible du tube.
Après avoir passé entre les électrodes le tube passe entre les rouleaux 165 et 166 et sous le rouleau 169, pour empêcher le tube de se courber ensuite de la contraction du métal soudé en se refroidissant.
Pour souder un tube d'un autre diamètre, il suffit de changer les rouleaux 40-49, les rouleaux 114 et 115, le rouleau 137, les électrodes 149 et 150 ainsi que les rouleaux 165,166 et 169.
Avec une machine telle que décrite cidessus, on produit des tubes à des vitesses al- lant de 18 à 28 mètres à la minute.
Le procédé suivant la présente invention peut être employé autrement que pour la a soudure d'un tube.