Brevet FR2228576A1 — publié le 19741206

La présente invention a pour objet une machine pour souder les tubes bout à bout. Le secteur technique de l'invention est celui du soudage automatique des tubes de grand diamètre, supérieur à 300 millimètres, ainsi que des enceintes métalliques cylindriques. On connaît des machines à souder automatiques montées sur un chariot automoteur qui se déplace le long d'un rail horizontal ou vertical fixé sur les tôles à souder. A ce jour l'automatisation du soudage de tubes bout à bout est réalisée généralement en plaçant les tubes sur des galets et en faisant tourner ceux-ci par rapport à 11 outil de soudage qui reste fixe. Cette solution entraÎne des installations complexes lorsqu'il s'agit de tubes ou de viroles de grand diamètre ou de grande longueur. Elle peut difficilement être utilisée sur des chantiers, par exemple, sur des chantiers de soudage de canalisations enterrées. L'objectif de la présente invention est de permettre le soudage bout à bout des tubes ou des enceintes cylindriques au moyen d'une machine automatique montée sur un chariot automoteur se déplaçant le long d'un rail fixé sur l'un des tubes dans un plan parallèle au plan de la soudure. Cet objectif est atteint en disposant la machine à souder sur un I T chariot composé d au moins deux parties articulées entre elles autour d'un axe parallèle à l'axe des tubes à souder. Cette articulation du chariot permet d'adapter celui-ci à des tubes de n'importe quel rayon, au delà d'un rayon minima qui est de l'ordre de 300 mm. Le chariot comporte des moyens pour bloquer l'articulation une fois que l'écart angulaire entre les deux parties du chariot a été réglé pour correspondre au diamètre des tubes qui doivent être soudés. Le chariot comporte deux paires de galets à gorge, les deux galets de chaque paire étant placés en regard l'un de l'autre de part et d'autre du rail et les deux paires de galets sont placées respectivement de part et d'autre de l'axe d'articulation du chariot. Le chariot comporte deux leviers,articulés autour d'un axe,portant chacun un des deux galets placés du même coté du rail et ces deux leviers coopèrent avec un poussoir dont l'axe est confondu avec l'axe d'articulation du chariot. Chacun desdits leviers est articulé sur une biellette articulée sur une tige dont l'axe est confondu avec ledit axe d'articulation du chariot et cette tige porte à son extrémité un logement sphérique dans lequel s'engage une butée en forme de portion de rotule,portée par une tige filetée munie d'un volant de manoeuvre et se vissant dans un écrou,laquelle tige filetée est coaxiale avec l'articulation du chariot. Le rail sur lequel se déplace le chariot de la machine à souder est formé d'une bande métallique montée sur des patins formes par des bouts de tubes de petit diamètre placés perpendiculairement à ladite bande. Ces bouts de tube sont fixés sur ladite bande au moyen de vis placées suivant une génératrice du tube. Leur longueur est inférieure à la largeur de la bande. Le rail porte à ses deux extrémités des moyens pour le bloquer en tension autour de l'un des tubes à souder. Ces moyens sont constitués,par exemple, par une tige filetée solidaire de l'un des extrémités du rail sur laquelle est vissé un écrou qui prend appui sur l'autre extrémité du rail. La soudure des tubes au moyen de la machine à souder selon l'invention s'effectue en deux cordons partant chacun du point le plus haut et en descendant. Ces deux cordons peuvent être effectués successivement avec la même machine ou simultanément avec deux machines montées sur le même rail. Dans tous les cas, les paramètres de soudage, c'est-à-dire la vitesse de progression de la machine, la vitesse des oscillations de l'électrode de soudage et les temps d'arrêt de celle-ci en fin de course d'oscillation, dépendent de l'inclinaison de l'électrode de soudure;donc de la position du chariot, le long du rail. Selon une caractéristique de l'invention, on place des repères sur le rail, en des positions déterminées qui correspondent aux inclinaisons de l'électrode pour lesquelles les paramètres de soudage doivent être modifiés. Ces repères peuvent prendre toutes sortes de formes de réalisation, par exemple, ils peuvent être constitués par des plots en relief, ou par des perforations du rail, ou par des plots magnétiques. Ils sont placés dans des positions symétriques par rapport au plan de symétrie vertical des tubes à souder. La machine comporte des moyens de détection de ces repères, par exemple un contact mécanique,ou une bobine,ou un balai, qui émettent un signal électrique au passage de la machine devant chaque repère et ces signaux commandent automatiquement les réglages des paramètres de soudage en fonction de l'angle d'inclinaison de l'outil de soudage. Un des avantages de cette automatisation est de permettre d'effectuer les deux moitiés de la soudure avec deux machines travaillant simultanément sous la surveillance d'un seul opérateur. Le résultat de 1 invention est une nouvelle machine automatique pour souder les tubes bout à bout. Cette machine comporte les dispositifs déjà connus de motorisation du mouvement d'oscillation de l'électrode de soudage ainsi que les dispositifs motorisés pour commander le centrage de l'électrode de soudage et l'écartement entre l'électrode et la pièce à souder. La machine selon l'invention permet de souder automatiquement tous les tubes de diamètre relativement grand, de l'ordre de 300 mm. Pour des tubes plus petits, l'importance relative des temps de mise en place du rail autour du tube et de la machine sur le rail,par rapport à la durée de soudage,devient trop grande et il n'est pas rentable d'utiliser une machine à souder. La machine selon l'invention permet également de souder bout à bout deux viroles posées sur le sol. Elle évite d'avoir a faire tourner les tubes ou les viroles et peut être utilisée sur chantier, par exemple pour souder des canalisations enterrées de grand diamètre telles que des pipe-lines. Le rail selon l'invention comportant des patins de forme cylindrique, par exemple des bouts de tube de petit diamètre, présente l'avantage que le rail une fois mis en place autour du tube est bien parallèle à la surface de celui-ci. En effet le rayon de courbure des patins est petit par rapport au rayon des tubes à souder. Le contact entrele rail et les patins est un contact linéaire suivant la génératrice supérieure des patins et rien n'empêche le rail de se déformer librement autour de cette génératrice de contact pour épouser la forme d!une ligne circulaire continue, parfaitement parallèle à la surface des tubes. Cette condition est très importante pour la qualité des soudures obtenues. En effet, la distance entre le rail et la surface du tube restant constante, il en sera de même de la distance entre l'électrode de soudure et le tube. Si le rail est posé sur des patins qui créent un encastrement entre le rail et les patins, le rail prend la forme d'une ligne brisée. La distance entre l'électrode et la soudure varie constamment et la qualité de la soudure devient mauvaise. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent un mode de réalisation de 1 invention à titre d'exemple sans caractère limitatif. La figure I est une vue d'ensemble en élévation. Les figures 2, 3 et 4 sont des vues d'ensemble du chariot de la machine. La figure I représente schématiquement une machine selon 1 'in- vention en position de soudage de deux tubes bout à bout. Le repère 1 représente l'un des tubes à souder sur lequel est fixé un rail 2. La machine à souder, désignée dans son ensemble par le repère 3, se déplace le long du rail 2. La machine à souder est composée d'un chariot automoteur 4, équipé de galets à gorge Sa, 5b, placés en regard l'un de l'autre de part et d'autre du rail. Le rail est constitué par une bande métallique, par exemple un fer plat en acier, posé à plat sur des patins 6 et le chant du rail s'engage dans les gorges des galets. La machine à souder comporte, de façon connue, un coffret 7 contenant un moteur électrique qui entralne en rotation au moins l'un des galets 5 et provoque le déplacement du chariot le long du rail. Ce coffret contient également les circuits et les appareils électriques nécessaires au fonctionnement de la machine. La machine comporte également, un moteur qui communique à l'électrode de soudage 8, un mouvement oscillant transversalement au sens de déplacement du chariot. Cet oscillateur est monté sur deux glissières motorisées. La première de ces glissières permet de déplacer l'électrode de soudure dans le sens vertical afin de régler l'écartement entre l'extrémité de l'électrode et le cordon de soudure. La seconde glissière permet de déplacer l'électrode de soudure dans la direction transversale au cordon de soudure afin de régler le centrage de l'électrode par rapport aux bords du chanfrein. Les moteurs de ces deux glissières peuvent être télécommandés par un opérateur ou bien être commandés automatiquement par des palpeurs. La machine comporte également des moyens pour régler l'amplitude des oscillations transversales de l'électrode et des moyens pour régler la durée des temps d'arrêt de l'oscillation de l'électrode chaque fois que celle-ci arrive en fin de course, ces temps d'arrêt étant désignés# par la suite comme les temporisations de l'oscillation. Une machine ainsi équipée est déjà connue et utilisée couramment pour effectuer des soudures de tôle bout à bout. L'invention a pour objet des perfectionnements à ce type de machine afin de pouvoir l'utiliser pour souder des tubes bout à bout. Un premier petfectionnement concerne le rail 2 et la fixation de celui-ci. Dans les machines connues pour souder les tôles, le rail est une bande d'acier rigide soudée sur des patins,ayant tous la même hauteur,qui sont soudés sur la tôle. Ce mode de fixation du rail ne convient pas pour les tubes car il faut que le rail soit rigoureusement parallèle à la surface du tube ce qui ne serait pas le cas si l'on utilisait des patins soudés sur le rail. D'autre part, la soudure des patins sur le tube prend du temps et il est préférable d'éviter cette opération. Le rail 2 selon l'invention est constitué par une bande métallique posée sur le tube par l'intermédiaire de patins cylindriques 6 dont les génératrices sont perpendiculaires au rail. Ces patins sont constitués, par exemple, par des bouts de tube et leur longueur est inférieure à la largeur du rail 2 de sorte que les chants de celui-ci soient libres pour le passage des galets à gorge. Chaque patin 6 est fixé sur le rail au moyen de deux vis 6a. Le contact entre le patin et le rail se fait suivant une génératrice et le rail peut se déformer librement de part et d'autre de cette génératrice pour épouser une forme parallèle à la surface du tube. Le contact entre chaque patin et le tube 1 se fait également suivant une génératrice de sorte que les frottements entre le patin et le tube sont réduits et que les patins peuvent se déplacer librement le long du tube. Le rail 2 est fixé au tube uniquement par un blocage en tension qui est uniforme tout le long du rail grâce au déplacement des patins sans frottement important sur la surface du tube. Le blocage en tension peut être réalisé par tout moyen connu de l'homme de l'art. Par exemple, une tige filetée 9 est articulée en 10 sur une extrémité du rail et s'engage dans l'échancrure d'une chape 11 solidaire de l'autre extrémité du rail. Un écrou 12 portant une poignée de manoeuvre 13 se visse sur l'extrémité de la tige filetée, en prenant appui sur la chape 11. Le rail 2 peut être préformé pour faciliter sa mise en place autour du tube. Il est suffisamment déformable pour pouvoir s'adapter à des diamètres de tubes différents et pour épouser la forme d'une courbe parallèle à la surface du tube même si celle-ci présente des défauts, par exemple une certaine ovalisation. Un deuxième perfectionnement de la machine concerne le chariot automoteur 4. Celui-ci est composé de deux parties 4a et 4b articulées entre elles autour d'un axe 14 perpendiculaire au rail 2 et parallèle aux génératrices du tube. La paire de galets Sa est placée d'un côté de l'axe 14 et la paire de galets 5b de l'autre côté. Cette articulation permet d'adapter le chariot à tous les diamètres de tubes, particulièrement aux petits diamètres pour lesquels l'écart angulaire a entre les rayons passant par les deux paires de galets devient important. Les figures 2, 3 et 4 représentent des vues de détail du chariot de la machine. La figure 3 est une vue de dessous. On voit sur celle-ci que le chariot est composé de deux plaques métalliques identiques 15a et 15b articulées entre elles autour de l'axe x x'. L'articulation est constituée à une extrémité par une tige filetée 16 munie d'un écrou de serrage 17. Une vis de blocage 18 permet de verrouiller l'articulation dans n'importe quelle position angulaire. A l'autre extrémité, l'articulation est constituée par un écrou 19 autour duquel pivotent deux plats 20a et 20b solidaires respectivement de chacune des plaques 15a et 15b et renforcés par des goussets 21a et 21b. On a représenté en traits mixtes sur la figure 2 le rail 2. On voit sur cette figure les deux paires de galets à gorge Sa et 5c d'une part et 5b et 5d d'autre part. Le galet Sa est moteur. Les galets 5c et 5d sont montés sur des leviers 22a et 22b articulés respectivement en 23a et 23b. Chacun de ces leviers s'articule en 33a et 33b sur une biellette 24a et 24b. Ces deux biellettes sont articulées sur une tige filetée 25 et maintenues par un écrou 26. La tige 25 porte à l'extrémité opposée à l'écrou 26, un logement sphérique 27 dans lequel s'engage une butée 28 en forme de portion de rotule sphérique. Cette butée 28 est poussée par l'intermédiaire d'un tampon élastique 29 logé dans une tige filetée creuse 30 qui se visse dans l'écrou 19. Une poignée 31 permet de manoeuvrer la tige filetée. Une tige 32 est vissée sur la tige filetée 25 et sert à rappeler celle-ci vers # Tarrière. Tout ce dispositif sert à écarter les galets 5c et 5d pour les engager sur le chant du rail 2 au moment de la mise en place de la machine; puis à maintenir les galets fortement appliqués contre le rail. Ce dispositif est axé sur l'axe d'articulation x x' de telle sorte que son action est indépendante de l'écart angulaire entre les deux moitiés 15a et 15b du chariot. Le fonctionnement de la machine est expliqué ci-après. Pour souder deux tubes bout à bout, on effectue deux moitiés de soudure en descendant, à partir du point le plus haut 34 situé dans le plan de symétrie vertical y y'. Ces deux soudures peuvent être effectuées successivement par une même machine ou, de préférence, simultanément avec deux machines se déplaçant sur le même rail. Les paramètres de soudage varient avec l'inclinaison de l'électrode de soudure. Les variations des paramètres de soudage peuvent être déterminés expérimentalement au cours d'un ou plusieurs essais préliminaires et ensuite, comme l'on est généralement amené à réaliser un grand nombre de soudures bout à bout dans les mêmes conditions, on peut commander automatiquement les variations des paramètres de soudage conformément au procédé qui va être décrit. Les angles de l'électrode et du plan de symétrie vertical sont comptés positivement, de Oc à 1800 lorsque l'électrode se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre en allant du point haut 34 au point le plus bas. Ils sont comptés négativement de Oc à - 1800 lorsque l'électrode se déplace dans le sens inverse des aiguilles d'une montre du point 34 au point le plus bas. On constate que les paramètres de soudage doivent être modifiés lorsque l'électrode passe par deux positions déterminées. La première de ces positions se. situe dans une plage où l'électrode fait un angle compris entre 400 et 500 ou dans la plage symétrique par rapport au plan y y'. Lorsque l'électrode atteint cette inclinaison, il faut réduire l'amplitude des oscillations et augmenter leur vitesse. La deuxième position nécessitant une correction des paramètres de soudage,se situe dans une plage où l'électrode fait un angle compris entre 1300 et 1400 et dans la plage symétrique par rapport au plan y y'. Lorsque l'électrode atteint cette plage, il faut augmenter les temps de temporisation droite et gauche. On a représenté sur la figure 1 deux plots 35 et 36 placés sur le rail et un palpeur 37 placé sur le chariot. Les positions respectives des plots 35 et 36 et du palpeur 37 sont telles que le palpeur vienne au contact des plots lorsque l'inclinaison de l'électrode est comprise entre 300 et 400 pour le plot 35 ou entre 1300 et 1400 pour le plot 36. Le contact du palpeur 37 et de l'un des plots produit un signal électrique qui est utilisé pour déclencher automatiquement la modification des paramètres de soudage. On arrive ainsi à obtenir un cycle de fonctionnement entièrement automatique. Si l'on utilise deux machines montées sur le nême rail, au départ celles-ci sont fixées sur le rail par serrage des galets et l'ensemble railmachines est ensuite fixé sur le tube par blocage du rail en tension. On peut également bloquer d'abord le rail sur le tube et ensuite positionner chaque machine sur le rail en laissant l'articulation 14 libre, ce qui permet au chariot de la machine de s'adapter à la courbure du rail. On bloque ensuite l'articulation du chariot au moyen des vis 17 et 18 et on serre les galets 5d et 5c au moyen de la poignée 31. Le poids total d'une machine est de l'ordre de 40 kilogrammes. Elle peut donc être mise en place sur le rail par un seul opérateur. Au départ,la première machine qui doit effectuer la soudure à droite du plan y y' est placée légèrement à gauche, par exemple sous un angle de - 100 à - 150. La deuxième machine est en position d'attente encore plus à gauche vers - 200 à - 300 ou plus selon le diamètre du tube. L'opérateur appuie sur le bouton de démarrage de la première machine. Le chariot de celle-ci se met en marche dans le sens des aiguilles d'une montre. Avant que l'électrode soit passée au point le plus haut, elle s'est centrée par rapport au chanfrein de soudure et réglée en profondeur grâce aux palpeurs qui commandent automatiquement les glissières de réglage de position de l'électrode. Lorsque l'électrode de la première machine passe à la verticale, le courant de soudure est admis. Cette admission peut être commandée par un opérateur ou automatiquement par un repère 38 fixé sur le rail et coopérant avec le palpeur 37. Ensuite les variations des paramètres de soudage de la première machine sont commandées automatiquement par les repères 35 et 36. Lorsque l'électrode arrive en position à 1800, le courant de soudage de la première machine est coupé soit par un opérateur, soit automatiquement par un signal émis par le -contact du palpeur 37 avec un repère 39 porté par le rail. Dès que la première machine a dégagé le haut du tube, le chariot de la deuxième machine est mis en route pour amener celle-ci en position de départ et celle-ci peut également effectuer un cycle entièrement automatique commandé par des repères non représentés montés sur le rail et coopérant avec un palpeur monté sur le chariot de la deuxième machine. Les deux moitiés de la soudure symétriques par rapport au plan y y' peuvent donc être réalisées presque simultanément, avec un décalage de quelques dizaines de secondes seulement. Bien entendu sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifi- cations équivalentes pourront être apportées par l'homme de l'art à la machine à souder qui vient d'être décrite unqiuement à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1 - Machine pour souder les tubes bout à bout comportant un outil de soudage monté sur un chariot automoteur se déplaçant le long d'un rail fixé sur l'un des tubes dans un plan parallèle au plan de la soudure, caractérisé en ce que ledit chariot est composé d'au moins deux parties articulées entre elles autour d'un axe parallèle à l'axe desdits tubes. 2 - Machine à souder selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour bloquer ladite articulation. 3 - Machine à souder selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, carac térisée en ce que le chariot comporte deux paires de galets à gorge, cha que paire étant composée de deux galets placés en regard l'un de l'autre de part et d'autre dudit rail, et lesdites paires étant placées respecti vement de part et d'autre dudit axe d'articulation. 4 - Machine à souder selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'elle comporte deux leviers articulés autour d'un axe portant chacun un des deux galets placés du même coté du rail, lesquels leviers coopèrent avec un poussoir dont l'axe est confondu avec l'axe d'articulation du chariot. 5 - Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacun desdits leviers est articulé sur une biellette articulée sur une tige dont l'axe est confondu avec ledit axe d'articulation du chariot laquelle tige porte à son extrémité un logement sphérique dans lequel s'engage une butée en forme de portion de rotule poussée par une tige filetée munie d'une poi gnée de manoeuvre et se vissant dans un écrou, laquelle tige filetée est coaxiale avec l'articulation du chariot. 6 - Produit nouveau constitué par un rail destiné à une machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est formé d'une bande métallique appuyée sur le tube par l'intermédiaire de patins cylindriques de petit diamètre placés perpendiculairement à ladite bande. 7 - Rail selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits patins sont constitués par des bouts de tubes fixés sur ladite bande au moyen de vis placées suivant une genératrice du tube et ont une longueur inférieure à la largeur de ladite bande. 8 - Rail selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il porte, à ses deux extrémités, des moyens permettant de le bloquer en tension autour de l'un des tubes à souder. 9 - Rail selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage sont constitués par une tige filetée solidaire de l'une des extrémités du rail sur laquelle est vissé un écrou qui prend appui sur l'autre extrémité du rail. 10 - Rail selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il porte des repères, placés en des positions angulaires détêrminées, de part et d'autre du plan de symétrie vertical des tubes à souder, les quels repères coopèrent avec un palpeur porté par le chariot, le contact dudit palpeur et de l'un des repères produisant un signal électrique qui commande automatiquement,au passage de la machine, les variations néces saires des paramètres de soudage en fonction de l'angle d'inclinaison de l'électrode.