Brevet FR2058395A1 — publié le 19710528

la présente invention est relative à des têtes de soudure pour joints circulaires. On connait des têtes de soudure pour joints circulaires dans lesquelles un collier entoure deux tubes qu'il s'agit d'assembler par une soudure bout à bout, et dans lesquelles un chalumeau soudeur est monté sur la tête de manière à faire le tour des extrémités, mises bout à bout, des tubez le chalumeau se déplace par conséquent en faisant le tour du joint suivant un chemin déterminé avec précision et à une vitesse dont il est facile de se rendre maître. le réglage du courant de soudure et même du débit du gaz de protection se font également de façon aisée dans toute l'étendue du mouvement du chalumeau et si on suit la méthode décrite dans la demande conjointe anglaise n0 40525/68 de la demanderes on obtient facilement des soudures de qualité optimale.Toutefois, avec les têtes de soudure pour joints circulaires utilisées jusqu a présent, les conducteurs électriques et les tubes à gaz allant au chalumeau soudeur posent un problème, car s'il faut effectuer plusieurs passes sur le pourtour du joint, comme par exemple dans le cas des tubes à paroi épaisse, les conducteurs et tubes à gaz s' enroulent autour des tubes, ils peuvent être exposés à brûler et il est parfaitement possible qu'ils se fixent aux tubes, ce qui arrête le chalumeau et endommage la soudure. De même, une fois la soudure faite, il faut déplacer la tête de soudure le long des tuyaux, ce qui oblige à l'enlèvement et au remplacement périodique des supports, pour permettre le passage de la tête de soudure.Alors que cela peut se faire lors du soudage de longueurs de tube relativement faibles, sur un tube long, il n'est pas possible d'utiliser une telle tête connue pour assembler deux longs tuyaux, ou des tubes avec des coudes ou accessoires. Selon la présente invention, on réalise une tête de soudure pour joints circulaires, qui comprend deux mâchoires articulées, un ensemble annulaire porté par les mâchoires et séparable en deux parties destinées à s'ouvrir avec les mâchoires respectives, cet ensemble annulaire étant agencé en vue du montage d'au moins un chalumeau sur l'une des parties, et pouvant tourner sur son axe quand les mâchoires sont dans une position fermée de fonc tionnement, l'ensemble annulaire présentant alors un vide central pour les extrémités, appliquées bout à bout, des tubes à souder, et un dispositif à bague de frottement, entre au moins lQune des mâchoires et 11 ensemble annulaire, pour faire arriver le courant à un chalumeau sur l'ensemble annulaire. Cette disposition supprime les raccords de tuyaux souples et câbles pour le chalumeau, qui s'enrouleraient autour du tube, et elle permet de retirer entièrement la tête de la soudure terminée, dans un sens transerersal par apport à la tuyauterie, c'est-à-dire sans qu'on soit oblige de déplacer la tête de soudure le long du tuyau en direction d'une extrémité libre de celle#ci. De même, la tête de soudure selon l'invention se prê- te facilement aux soudures continues à passes multiples réalisées en un cycle, c'est a-dire à l'exécution, sans interruption, de la passe à fond de soudure, des passes intermédiaires et des passes de finition, et cela dans porte quelle partie de la tuyauterie. Avec une tête de ce genre, il 'y a plus besoin d'une équipe importante de soudeurs Une application préférée de la présente invention est celle du procédé de soudure T.I.G. (T#ungsten Inert-Gas), c'est-àZdire de la soudure en atmosphère de gaz inerte avec électrode en tungstène et fil d'apport. Pour une meilleure compréhension de l'invention et en vue de faire ressortir de quelle maniere elle peut être mise en pratique, référence va être faite maintenant, à titre d'exemple, aux dessins annexés dans lesquels la fige 1 est une coupe par l'axe d'une tête de soudure pour joints circulaires, selon la présente invention. la fig. 2 est une coupe radiale à travers le joint entre deux tubes qu'il s'agit de souder, la tête de la fig. 1 ayant été mise en place pour le fonctionnement. la fig. 3 est une vue de la tête de la fig. 1 sur le bras articulé d'un véhicule en service assurant la soudure d'une tuyauterie. Dans la fig. 1, deux tubes 1 sont représentés assemblés bout à bout, en vue de l'exécution d'un joint 2. Les tubes ont ainsi un axe 3 commun. la tête de soudure pour joints circulaires qui entoure ces tubes comprend deux mâchoires 4 et 5 arti culées sur un axe 6 qui, lorsque la tête est en position de fonctionnement, est parallèle à-l'axe 3. la coupe de la fig. 1 est faite dans le plan des axes 3 et 6, de sorte que seule la mâchoire inférieure 4 se trouve représentée dans cette figure. La mâchoire supérieure 5 est représentée dans la fig. 2. La mâchoire 4 est en forme de fourchette à deux bras, dont les bras 7 et 8 sont de forme semi-circulaire, comme le montre la fig. 2, de manière à passer autour de la moitié des tubes 1. Le bras 7 présente une cavité 9 en demi-anneau prévue dans sa surface qui fait face à l'autre bras 8, et cette cavité reçoit une partie de la bague 10 formant collecteur du gaz de protection. Dans la même surface du bras 7, mais radialement en direction du vide 9, se trouve un ensemble semi-circulaire de bagues le frottement électrique 11 dont les surfaces sont exposées, en vue du prélèvement du courant au moyen de manchons, comme cela sera décrit plus loin. L'autre bras 8 présente également une cavité semi-circulaire 12 dans sa surface qui fait face au bras 7, et cette cavité reçoit une partie de l'anneau 13 collecteur de l'eau de refroidissement. La mâchoire supérieure 5 est munie, de façon similaire, de bras semi-circulaires 7' et 8' munis de cavités semi-annulaires correspondantes 9' et 12' et d'un ensemble semi-circulaire de bagues de frottement 11'. Quand les mâchoires ont été assemblées et fermées dans la position de fonctionnement, les cavités 9 et 9' forment ensemble une cavité en anneau complet, tout comme les cavités 12 et 12'. les bagues de frottement 11 et 11' sont alors en contact électrique aux deux extrémités et constituent un ensemble circulaire complet. il existe une pluralité de bagues de frottement. il peut y avoir par exemple deux bagues à 300 ampères et trois à 5 ampères. Des boîtes doubles formant manchon sont utilisées dans chaque cas pour éviter la formation d'arcs et de projec- tions de gouttes métalliques. Les bagues collectrices 10 et 13 peuvent l'une et l'autre tourner dans leurs cavités annulaires respectives quand les mâchoires 4 et 5 sont dans la position fermée de fonctionnements Les bagues sont chacune en deux parties, de telle sorte que lorsqu'on les fait pivoter de façon à séparer les joues l'une de l'autre, une partie se trouve dans la cavité 9 (ou 13) et vautre partie dans la cavité 9' (ou 13').Elles sont retenues dans leurs rainures quand les mâchoires sont dans leur position d'ouverture0 les bagues 10 et 13 sont entraînées l'une et l'autre dans un mouvement de rotation par un moteur synchrone respectif 14 et 15, ces moteurs étant montés sur la mâchoire in férieure de chaque côté de l'articulation, comme le montre le dessin, ou bien par un moteur unique et par l'intermédiaire d'une transmission commune. L'une des surfaces de chaque bague peut être dentée, pour la transmission de la commande à partir du moteur associé.Les moteurs 14 et 15 sont réversibles. la surface intérieure de la bague 10 présente une rainure annulaire 18 qui est ouverte en direction d'une rainure correspondante 19 ménagée dans la cavité 9, et dans cette rainure 19 aboutit un conduit 20 servant à faire arriver un gaz de protection, comme l'argon. La surface intérieure de la bague 13 présente, de façon semblable, une rainure annulaire 21 qui est ouverte en direction d'une rainure correspondante 22 ménagée dans la cavité 12, et dans cette rainure 22 aboutit un conduit 23 servant à faire arriver l'eau de refroidissement. En plus, la bague 13 présente une seconde rainure annulaire 24 qui est ouverte en direction d'une rainure correspondante 25 ménagée dans la cavité 12, et de cette rainure 22 part un conduit 26 de retour de l'eau de refroidissement.Au lieu des rainures 19, 22 et 25, on peut prévoir des ouvertures ou des séries d'ouvertures aux extrémités des conduits respectifs. Les conduits 20, 23 et 26 conduisent tous en retour jusqu'à la base de la mâchoire 4, près de l'articulation, où ils sont raccordés à des canalisations flexibles d'alimentation et de retour (qui ne sont pas représentées). la bague de frottement Il présente des conducteurs 27 qui vont également jusqu'à la base de la mâchoire 4 où est fixée une lamelle électrique flexible (qui n'est pas représentée). Les deux bagues collectrices 10 et 13 sont assemblées par un pont 28 qui est parallèle à l'axe 6 et qui est déplacé autour des tubes, quand la tête est dans la position de fonctionnement, par les deux bagues commandées par les moteurs 14 et 15. Les bagues 10 et 13 sont commandées en synchronisme-ou par un engrenage commun, de telle sorte que le pont n'est pas écarté de son parallélisme avec l'axe 3. le pont 28 sert d'élément de montage pour un organe 29 à emmanchement qui porte une électrode 30 pour le chalumeau de soudure et une bobine 31 de fil d'apport. Un conduit 32 qui est en communication avec la rainure 18 s'étend le long du pont, depuis la bague 10 et jusqu'à l'élément 29 qui, par ce moyen, est alimenté en gaz de protection.De façon asemblable, des conduits d'alimentation et de retour 33 et 34, en communication, respectivement, avec les rainures 21 et 24, passent le long du pont, à partir de la bague 13 et jusqu'à l'élément 29 qui, par ce moyen, est alimenté en eau de refroidissement. Le pont 28 porte également une boîte 35 contenant des balais de collecteur qui coopèrent avec les bagues de frottement 11, pour prélever le courant pour l'électrode 30 quand on déplace le pont autour du tube 1. Les bras 7, 7', 8 et 8' sont munis de pointes de centrage automatique 36, servant à centrer la tête sur les tubes 1 et à maintenir l'alignement des tubes. Cette possibilité de réglage permet d'utiliser la tête avec des tubes de différents diamètres appartenant à une gamme étendue. L'électrode 30 est également réglable dans le sens radial, comme l'indiquent les flèches. les bras 7, 7', 8 et 8' sont représentés dans la fig. 2 sous une forme en demi-anneau, mais il peut arriver que l'on préfère qu'ils aient des proportions différentes, par exemple que la mâchoire inférieure représente les trois cinquièmes de l'anneau complet, pourvu que les tubes à souder puissent entrer dans la mâchoire la plus grande. S'il y a, en plus, deux jeux de balais, chacun d'eux pouvant véhiculer le courant de pleine capacité, et disposés à 1800, et si les bagues de frottement ne sont pas des anneaux complets, mais sont prévues seulement dans la mâchoire inférieure, c'est-à-dire représentent les trois cinquièmes d'anneaux complets dans l'exemple choisi, la mâchoire articulée supérieure n'aura à véhiculer aucun courant et on évitera la projection de gouttes de métal. il va de soi que les bagues de frottement peuvent, en vá- riante, être disposées radialement à l'extérieur des bagues collectrices, avec une modification correspondante dans l'agen- cement des balais de collecteur sur le pont 28. il va de soi également qu'il n'est pas nécessaire que les mâchoires aient la forme de fourchettes à deux bras Elles peuvent par exemple être sensiblement semi-cylindriques avec le collecteur et les bagues de frottement montés sur la surface intérieure du cylin- dre, en des positions espacées dans le sens axial. la tête peut être montée selr un bras articulé 37 (fig. 3) d'un véhicule à chenilles 38, de préférence à la façon de la pelle d'un excavateur mécanique0 les mâchoires 4 et 5 s'ouvrent et se ferment hydrauliquement et l:énergie nécessaire à cet eS fet ou le courant électrique d'alimentation sont produits sur le véhicule. le dispositif d'alimentation en gaz et en eau est également porté par le véhicule qui peut être équipé de l'appa- reil de commande du soudage décrit dans la demande conjointe N 40525/68. la commande hydraulique peut etre double, avec des commandes dans la cabine du véhicule et de#s la tête même pour joints circulaires. iDe même, dans la fig. 3, les mâchoires ne sont pas visibles, car elles sont enfermées dans un carter 590 Ce dernier sert à retenir une nappe substantielle de gas par-dessus le joint bout à bout et fait faire une économie de gaz, et il cache aussi l'arc à l'opérateur qui n'a pas besoin de voir la soudure quand on applique le procédé de conduite automatique dont il a été question ci-dessus. le fonctionnement de la tête de soudure pour joints circu1aires se comprend sans difficulté par la description faite cidessus. Une fois les tubes 1 mis bout à bout, comme le montre la fig. 1, on ouvre les mâchoires 4 et 5 d'une quantité supérieure au diamètre des tubes et on les avance de façon à entourer les tubes, les pointes 36 ayant été retirées automatiquement et le pont 28 franchissant l'intervalle entre les deux bras inférieurs 7 et 8. Quand les mâchoires ont été réunies et fermées, les pointes assurent le centrage automatiquement et le gaz de protection ainsi que l'eau de refroidissement sont délivrés à la tête, et après un intervalle de temps qu'on peut fixer au choix, on ferme le courant de soudage et on fait tourner les bagues 10 et 13, ce qui a pour effet que l'électrode 30 passe autour du joint 2.Ceci peut être fait selon un programme déterminé, comme cela a été décrit dans la demande conjointe citée précédemment. Quand la soudure est terminée, après plusieurs passes si c'est nécessaire, on bloque le pont pour maintenir écartés les bras 7 et 8, on coupe le courant, le gaz et L'eau, et on ouvre les mâchoires qu'on retire en les dégageant complètement des tubes. On peut prévoir un dispositif de blocage électrique tel que les mâchoires ne puissent être ouvertes avant que le pont ait été convenablement mis en place sur la mâchoire inférieure 4. Si la tête est montée sur le bras articulé 37, comme le montre la fig. 3, on fait alors avancer le véhicule 38 le long de la canalisation, jusqu'au joint suivant à réaliser, où on répète 1 'opé- ration après remplacement de l'élément 29 par un élément muni d'une bobine neuve et d'une électrode neuve. Pendant que cette nouvelle soudure est en cours d'exécution, l'élément utilisé précédemment peut être rechargé, pour l'utilisation dans la soudure suivante. La bobine et le porte-électrode se détachent facilement, pour cette opération. le dispositif décrit peut être utilisé avec une égale facilité pour le travail en atelier et pour le travail sur chantier. Il va de soi que la tête de soudure peut être construite de manière à porter plus d'un seul chalumeau sur l'ensemble annulaire tournant. On peut prévoir par exemple deux ponts 28 ou bien on peut agencer un pont unique de manière à recevoir deux éléments se rapportant par emmanchement. R E V E N D I C A T I O N S ============================ 1 Tête de soudure pour joints circulaires, comprenant un collier destiné à porter un chalumeau soudeur qu'on peut déplacer autour du collier suivant un chemin déterminé, caractérisée par le fait que le collier se compose de deux mâchoires articulées, d'un ensemble annulaire porté par les mâchoires et séparable en deux parties appelées à s'ouvrir avec les mâchoires respectives, cet ensemble annulaire étant agencé en vue du montage d'au moins un chalumeau de soudure sur l'une de ses parties et pouvant tourner autour de son axe lorsque les mâchoires sont dans une position fermée de fonctionnement, les mâchoires et l'ensemble annulaire présentant alors un vide central pour les extrémités, mises bout à bout, des tubes à souder, et d'un dispositif annulaire de frottement entre au moins l'une des mâchoires et l'ensemble annulaire, pour l'alimentation en courant d'un chalumeau soudeur prévu sur l'ensemble annulaire. 2.- Tête de soudure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'ensemble annulaire est agencé de façon à recueillir du gaz de protection à partir d'une source de ce gaz et à le transporter dans les mâchoires lorsque ces dernières sont fermées, et de façon à présenter un conduit pour ce gaz jusqu'à un chalumeau soudeur quand il est monté sur cette mâchoire, cette opération de recueil ayant son efficacité en n'importe quel point de rotation de l'ensemble annulaire. 3*- Tête de soudure selon la revendicalon l/, caractérisée par le fait que l'ensemble annulaire est agencé de façon à recueillir un liquide de refroidissement à partir d'une source de ce liquide et à le fournir aux mâchoires, et de façon à faire revenir le liquide utilisé vers les mâchoires quand ces dernières sont fermées, et de façon à constituer des conduits pour ce liquide vers le chalumeau soudeur et en provenance de ce chalumeau, quand celui-ci est monté sur les mâchoires, ce recueil et ce retour ayant leur effet en n'importe quel point de la rotation de l'ensemble annulaire. 4.- Tête de soudure selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que l'ensemble annulaire comprend deux bagues coaxiales divisées et un pont agencé en vue du montage d'un chalumeau soudeur, et franchissant l'intervalle, orienté suivant l'axe, compris entre l'une des parties de l'une des bagues et une partie correspondante de l'autre bague. 5.- Tête de soudure selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'une des bagues sert de bague collectrice pour le gaz et l'autre bague de bague collectrice pour le liquide de refroidissement. 6.- Tête de soudure selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que chaque mâchoire est formée d'une pièce à deux bras de fourche, avec l'articulation à la racine des branches de la fourche, les bagues étant portées par les bras respectifs de la fourche. 7.- Tête de soudure selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le dispositif qui présente la bague de frottement est associé aux mêmes bras des mâchoires que la bague collectrice du gaz. 8.- Tête de soudure selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée par le fait que des moteurs synchrones sont montés sur l'une des mâchoires et sont en liaison d'entraînement avec des bagues correspondantes pour faire tourner ces dernières. 9.- Tête de soudure selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée par le fait qu'un unique moteur est en liaison d'entraînement, par l'intermédiaire d'un système commun d'engrenages, avec les deux bagues. 10.- Tête de soudure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'une des mâchoires et la partie précitée de l'ensemble annulaire ont, dans le sens de la circonférence, une plus grande étendue que l'antre mâchoire et l'autre partie de l'ensemble annulaire. 11.- Tête de soudure selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le dispositif à bague de frottement comprend un conducteur exposé qui a une- étendue supérieure à la moitié de l'anneau et qui est porté par l'une des mâchoires, et des balais de collecteur placés en des points diamétralement à l'opposé et montés sur l'ensemble annulaire, afin de coopérer avec le conducteur exposé. 12.- Tête de soudure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les mâchoires présentent des organes de centrage, en vue de placer l'ensemble annulaire coaxialement par rapport aux tubes à souder. 13.- Tête de soudure selon l'une des revendications précé- dents, caractérisée par le fait qu'est prévu un élément amovible se rapportant par emmanchement et qui porte une électro- de pour chalumeau soudeur et une bobine de fil d'apport, et par le fait que l'ensemble annulaire est agencé de façon à recevoir un tel élément à emmanchement et que la connexion électri- que pour l'éleetrode et la bague de frottement est établie lorsque l'élément a été mis en place par emmanchement. 14.- Tête de soudure selon la revendication 13, caractérisée par le fait que l'électrode est réglable dans le sens radial.