Brevet FR2310186A1 — publié le 19761203

La présente invention concerne les appareillages de soudage automatique de tubes par faiseau d'électrons sous vide. Dans les dispositifs connus du genre destinés au rabouttage de "pipes" (canalisation). Le soudage est exécuté par une machine orbitale possédant un canon déplacé sous vide autour et à l'applomb du joint à souder, alors que pendant le même temps le vide est assuré localement à l'envers de la soudure dans une zone intérieure ou tube. En mai 1967, HEMILTON STANDARD présenta un tel appareillage où le canon à électron est pourvu d'un dispositif de métal d'apport, la cham- bre se décompose en plusieurs parties articulées, juxtaposées à la fermeturne, parties qui possèdent un anneau de garde entre des joints d'étanchéi té gonflable. Par ailleurs, un brevet 2.071.211 de décembre 1969 fait état également d'un dispositif très voisin se différenciant du précédent par un pompage séparé du canon à électrons en vide secondaire. Ces dispositifs sont lourds, encombrants, très couteux, cons tannent exposés aux chocs. En effet, ils comprennent une chambre à vide composée d'éléments rigides articulés venant se refermer en machoire autour du tube ; cette chambre est de dimensions suffisantes pour recevoir le canon mobile et son alimentation haute tension dont la présence impose à ladite chambre à vide d'être maintenue en vide secondaire par un groupe: de pompage de grande capacité ( HEMILTON STANDARD ). Ces appareils sont également encombrants lorsque le canon est pompé séparément par une pompe à diffusion puisque l'on sait que cette pompe doit-être maintenue constamment en position verticale alors que l'ensemble va tournértout autour du tube. Du point de vue de la fiabilité on peut également reprocher deux choses.D'une part la difficulté d'assurer constamment un bon vide secon daire au niveau du joint à souder alors que cette nécessité ne se pose qu'au niveau des pièces accélératrices du canon à haute tension ; d'autre part l'ensemble mécanique est centré au dessus du joint à souder par l'in termédiaire de l'appui de joints d'étanchéité plastique dont nous mettons en cause la précision d'accostage ; il est donc impossible dans de telles conditions d'assurer le positionnement du canon à électrons à quelques dizièmes de millimètres près. ~* Le dispositif selon l'invention apporte une solution à ces problèmes d'encombrement, de coût et de fiabilité. Il permet en effet le pompage séparé du canon en vide secondaire le centrage mécanique du canon sans l'intermédiaire de joints plastiques déformables, une réduction considérable du volume de l'enceinte à vider et de l'encombrement de l'appareillage total ( diamètre hors tout, poids, coût ). La fiabilité du dispositif-selon l'invention est caractérisée d'abord par une protection contre les risques de manutention (choc etc. avant et pendant le soudage, ensuite par l'élimination des aléas d'étanchéité, grace à l'assurance et au contrôle préalable d'une portée parfaite des joints ( réduction de la durée du cycle opératoire ). Le dispositif objet de l'invention abandonne le système de soudage orbital où le soudage s'effectue par la rotation d'un canon ou d'une torche à l'extérieur du tube, il effectue le rabouttage des tubes par l'intérieur de ceux-ci. Il comporte deux parties séparables placées de part et d'autre du joint à souder, constituées de deux disques obturateurs délimitant une chambre de garde, les disques sont pourvus de joints d'étanchéité escamotables qui seront plaqués mécaniquement sur la surface intérieure des tubes; ces deux parties sont séparément mises en place dans les extémités des tubes qui seront soudés, l'étanchéité du montage peut être vérifiée avant le positionnement des tubes, l'un en regard de l'autre ; enfin ces deux parties sont mécaniquement centrées par des vérins qui prennent directement appui sur les tubes.Lors du retrait du dispositif de soudage ces vérins sont relevés ainsi que ceux qui appuient les joints d'étanchés té sur le tube et un cache vient recouvrir lesdits joints d'étanchéité en vue de les protéger; lors de l'extraction de l'appareillage. L'une des ; parties démontables comporte un canon à électrons et son mécanisme d'entrainement, les moteurs d'entrainement sont à l'air libre à l'intérieur du tube à raboutter, la commande d'entrainement traverse les deux obturateurs correspondants. De préférence, cetappareillage ne comporte que des passages tournants de faible diamètre doffl l'étanchéité ne pose aucun pro blème et qui n'exerce que des efforts de frottement négligeable. Il comporte des organes de raccordement entre ces deux parties. Ces organes viennent s'emboiter l'un dans l'autre, ils assurent une liai voa mécanique et également des connections démontables de différentes natures : : pompage en vide secondaire de la partie qAhodique du canon à électrons, popage en vide primaire de la chambre de garde, alimentation électrique des vérins et des diverses fonctions des groupes de pompage, éventuellement l'un des organes de raccordement est escamotable afin de faciliter l'approche des deux tubes à souder sans risque d'endommager l'appareillage. Des sécurités sont prévues qui préviennent le désaccou pliement des parties démontables lorsque l'on extrait l'appareillage après soudage. Il comporte également des groupes de pompage intérieurs aux tubes qui assurent le pompage séparé des anneaux de garde, de la chambre, du canon à électrons ( vice secondaire ). Il comporte enfin es organes annexes : par exemple, une caméra de télévision, des chariots supports munis d'un berceau lesté servant à maintenir la pompe secondaire en position verticale ; également à l'exté- rieur des tubes, un bracelet d'étanchéité dont le groupe de pompage est de préférence distinct de celui du dispositif proprement dit, et des étaux de mise au rond et de positionnement des tubes en vis-à-vis. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures suivantes . Sur la fiaure 1 onvoit la premiers partie indépendante H i'opareillage qui est emmanchée dans le tuhe 1 , elle comprend des disques d'obturation rinides 41 et 4;? ainsi qu'un chariot In moaté Fur dos roue 11 qui porte un groupe de pompage en vide primaire 3 et 4 (10- Torr) et un échangeur 2 où circula an circuit fermé l'eau de refroidis sement ties pompes ;;ainsi que les organes classique annexes tels que vannes etc les disques d'obturation sont équipés de joints d'étanchéité 7 qui sont plaqués par les venins 6 sur la surface intérieure du tube , l'intervalle entre ces obturateurs cons@itue une chambre de garde qui est mise sous vide par la canalisation 5C . Ces disques sont traversés par des passages électriques 9 de commande des pompes et des vérins ; sur la face intérieure de l'obturateur 42 les cables sont enroulés 17 dans uno cone a, ils se terminent par des prises de raccordement 18. . système I de prntection des joints 7 est fixé sur les obturateurs , il est commandé par des vérins ce qui permet ( voir figure 2 ) d'escamoter les joints qui viennent en 14 lorsque les vérins de serrage 6 des joints sont relevés en 15 . Ce système est utilisé pour la mise en place et le retrait de l'appareillage .Un logement 16 dans l'obturateur 42 permettera l'accrochagede la partie complémentaire qui est Gcrite dans la figure 3 L'autre partie du dispositif ( figure "3n) comprend lui aussi deux disques d'obtura~ tion 52 et 53 formant une chambre de garde ; ces disques comportent des joints d' étanchéité 7 et les vérins de5rrage 6 des dits-joints sur le tube ainsi aucun cache protecteur 12 destiné à relever les joints d'étanchéité lors des manutentions. Ces disques sont traversés par des alimentations électriques 36 qui se terminent par des prises de raccordement 51 qui seront branchées sur les prises correspon dantes 16 . Des vérins de centrage 31 situés da part et d'autre des disques 52 et 53 servent nu positionnement et au réglage précis de l'appareillage dans le tube 25; ces vérins sont évidemment effacés lors de la mise en place ou du retrait de l'appareillage . Un tube de guidage central 26 solidaire de 52 et 53 sert de guide au deplacement axial et à la rotation sur lui même d'un bras 27 portant le canon à électrons 21 , Ces obturateurs sont encore traverses de facon étanche par un axe 30 d'entrainement du canon par in l'intermédiaire d'une roue dentée 29.La chambre de garde est mise sous vide par des organes non représentés semblables à ce qui a été schématisé sur la figure 1 . Le tube 27 joue un rôle mécanique bien défini : il porte le canon 21 où l'on a figuré le faisceau d'électrons 22 , la bobine de focalisation 23 et une vanne d'isolement 24. Ce tube 27 est utilisé comme canalisation de -5 petilpage du canon an vide secondaire t 10 Torr ) , il reçoit également le cable d'alimentation 28 haute tension dont l'enroulement en ressort permet une connection fixe étanche 34 dur le tube guide 26 . Ce tube guide est lui même relie à la pompe secondaire 33 .Le bras support 27 est prolongé par un système d'ancrage 38 qui vient s'emboiter dans la partie femelle 16 , les dents d'accrochage 20 sont pouvues d'une sécurité qui interdit la séparation inopinée des deux parties Le bras support 27 peut coulisser à l'intérieur de 26 ainsi que la tige de commande 30 qui elle , traverse les deux obturateurs . Un moto réducteur non représenté porté par le chariot 32 , assure la rotation de l'axe 30 . Ces mouvements axiaux servent t d'une part à rentrer le canon à l'intérieur du tube lors du positionnement du tube sur le pipe-line , d'autre part à prérégler le canon à électrons à l'aplomb du joint à souder .Ces mouvements de translation sont commandes par des vérins non représentés sur la figure , mais parfaitement connus Sur la figure 4 sont représentés les organes complémentaires extérieurs aux tubes. Les tubes 1 et 25 sont maintenus par des étaux 61 et 63 équipés de vérins de réglage 62 , ces étaux servent à remettre au rond les extrémités des tubes et à les accoster correctement l'un contre l'autre . L'étanchéité à l'arrière de la soudure -dons à l'extérieur des tubes - est réalisée par l'enroulement serré d'une bande élastique 66 agrafe a n 69 et en 70 sur les mors 63 . Cette bande aI astique comporte des livres 67 qui sont serrées sur les tubes par des vérins 64, 65 .Une tuyauterie schématisée par 71 sert à poper sous vide l'intérieur de cette petite chambre En dessous de la bande 68 est placé un cran 66 destiné à protéger la bande souple contre le faisceau d'électrons L'utilisation de cet appareillage se résume de la façon suivante .Tout d'abord I' apeareillage est séparé en deux parties , la première de celle ci est placée à l'intérieir du pipe-line , la seconde dans le tube à raccorder . Le centrage de la partie portant le canon à électrons est controlé lorsque le tube est remis au rond par les totaux extérieurs , et la position du canon est pré réglée à l'aplomb du bord du tube a souder .Le tube est alors placé en regard de l'extrémité du pipeline et l'on connecte les raccords électriques des deux parties de l'appareillage Auparavant , il a été procédé au contrcle de l'étanchéité des obturateurs . Puis les tube sont serrés l'un contre l'autre alors que les deux parties de l'appareillage s'ancrent l'une dans l'autre . On enroule la protection arrière et l'on procède au pomnaciP puis au soudage . Après soudage on ferme la vanne ?4 du canon qui reste pompe constamment parla pompe a diffusion 33 , on casse les vides des chambre de garde , on relève tous les vérins de centrage et de serrage , et l'on retire l'appareillage par l'intérieur , jusqu'à l'extrémité du tube oùil est de préférence reçu dans une enceinte de protection et de manutention ( si bien que , à aucun moment , cet appareillage n'est exposé aux chocs ) . On déconnecte les deux parties la première reste dans le pipe-line , la seconde est transférée par l'intermédiaire de l'enceinte de protection a l'intérieur d'une nouvelle canalisation ; et l'on recommence le cycle REVENDICÂTIONS i 1. Dispositif de rabouttage de tubes par faisceau d'électrons sous vide caractérisé par le fait que le canon à électronsest placé à l'intérieur des tubes , qu'il est -4 raccordé à une pome secondaire distincte ( vide IO Torr ou mieux ),que ce dispo- sitif comporte deux parties distinctes intérieures au tube comprenant chacune deux obturateurs formant chambre de garde et un chariot chargé d'équipements : groupe de pompage , moteurs , etc.. , ainsi que des organes annexes extérieurs destinés à accoster les tubes et à les remettre au rond , et à faire l'étanchéité à l'arrière du joint à souder 2.Dispositif selon 1 où les deux parties de l'appareillage qui sont à l'intérieur du tube peuvent être séparées l'une de l'autre pour toutes les opérations de mise en place ,Puis vérouillées mécaniquement l'une sur l'autre lors du soudage et lors de l'extraction de l'appareillage 3. Dispositif selon 1 caractérisé par le fait quetous les joints d'étanchéité entre l'appareillage et les tubes sont plaqués contre ceux ci par des moyens indépendants ( vérins , joints gonflables ) 4. Dispositif selon 3 où les joints d'étanchéité sont relevés et protégés lors de la pose et de la dépose de l'appareillage , par des couvre-joints escamotables 5. Dispositif selon 1 où la partie de l'appareillage portant le canon est centrée mécaniquement par des vérins sur la face intérieure du tube sans prendre appui sur les joints d'étanchéité 6.Dispositif selon 1 où chaque partie comporte un traineau portant les obturateurs, les groupes de pompage et les vérins ; l'un des traineaux au moins étant lesté de façon à maintenir constamment la pompe à diffusion du canon en position verticale, et comprenant également le moto-réducteur d'entrainement du canon 7. Dispositif selon 1 où les cables haute tension alimentant le canon à électrons sont enroulés à l'intérieur du bras support du canon , bras qui sert également de canalisation de pompage du dit canon; ces cables sont reliés à une sorti. fixe .r 8. Dispqsitif selon 1 et 2 où les alimentations électriques sont enroulées sur elles mimes à l'intérieur de la chambre à vide comprise entre les couples d'obturateurs , et que elles sont branchées de telle sorte qu sa aucun moment elles ne soient endom mage par le faisceau d'électrons 9. Dispositif selon 1 où la position du canon est réglable axialement