Brevet FR2382970A1 — publié le 19781006

L'invention concerne un dispositif de bridage des extrémités à souder de deux tuyaux disposés bout à bout, par exemple d'un pipeline et d'un raccord. te dispositif selon l'invention convient en particulier à la mise en oeuvre d'une machine à souder par rayon laser. Ainsi, le dispositif selon l'invention peut etre utilisé avec une machine à souder montée sur un ponton de pose ou autre construction tenant la mer, pour l'assemblage d'un pipeline sous-marin, ou bien avec une machine de soudage montée sur un véhicule terrestre à plateau pour 11 assemblage d'un pipeline destiné au transport d'huile ou d'autres liquides sur terre. L'invention concerne une bride intérieure expansible pouvant maintenir et mettre en forme deux tronçons voisins de tuyaux devant être soudés en alignement convenable et bout à bout. Il est très fréquent que les extrémités des tuyaux ne soient pas exactement circulaires ou quelles présentent de légères différences de dimensions. Par conséquent, il est avantageux que la bride soit conçue afin d'exercer une force suffisante pour dilater les extrémités des tuyaux et leur donner une forme réellement circulaire et pour leur donner également les mêmes dimensions. Il est ainsi possible d'obtenir un alignement complet sur tout le pourtour du joint. Le dispositif selon ltinvention peut être adapté ou peut comporter un élément pour appliquer à force ltun contre l'autre les tuyaux afin de les maintenir serrés bout à bout pendant que l'opération de soudage est exécutée. Par exemple, un effort, orienté à peu près suivant l'axe du raccord à souder au pipeline, peut etre appliqué sur l'extrémité libre de ce raccord afin de le pousser contre le pipeline auquel il doit être soudé. Le dispositif de bridage selon l'invention peut comporter des éléments lui permettant de se déplacer axialement le long d'un tuyau. Il est également avantageux que le dispositif de bridage selon l'invention comporte un moteur destiné à faire tourner l'élément tubulaire. Les dispositions nécessaires au fonctionnement du dispositif et à la réalisation des opérations de soudage, par exemple l'alimentation en énergie électrique, en gaz de protection et en eau de refroidissement, le cas échéant, peuvent être obtenues à l'aide de tuyaux souples, renfermés avantageusement dans un conduit général et reliés de manière amovible au dispositif. Toute source convenable de rayon laser peut être mise en oeuvre pourvu que sa puissance soit suffisante pour réaliser un soudage par fusion à une profondeur convenable du joint entre les tuyaux. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale schématique partielle du dispositif de bridage selon l'invention la figure 2 est une coupe axiale schématique partielle d'une variante des éléments de bridage, mobiles vers ltex- térieur, du dispositif de la figure 1 la figure 3 est une coupe axiale partielle d'une variante de l'élément tubulaire et d1un premier support du dispositif de la figure 1 ; et la figure 4 est une élévation schématique, avec arrachement partiel, d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention dans laquelle le télescope destiné au passage du rayon laser ne tourne pas. tes mêmes références numériques désignent les memes pièces sur les différentes figures ta figure 1 représente un dispositif de bridage interne comprenant un premier support annulaire 2 et un second support annulaire 4 disposés coaxialement à l'aide de paliers 6 à roulement sur un élément tubulaire 8. te premier support annulaire 2 comprend une collerette te gauche 10 (dans l'orientation de la figure 1) et une collerette droite 12 qui présentent chacune un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur des tuyaux 9 et il à souder Ces colle rettes sont séparées par un cylindre creux 14 qui s'étend entre leurs bords intérieurs. Les deux collerettes 10 et 12 et le cylindre 14 délimitent un espace annulaire situé à l'extérieur du cylindre et dans lequel est logé un piston annulaire extérieur 18 réalisé d'une seule pièce avec une jupe circulaire 20 faisant saillie d'un bord extérieur de ce piston et coaxiale au cylindre 14. La jupe 20 coulisse sur le bord extérieur de la collerette 12.Par conséquent, le piston 18 délimite avec cette collerette 12 et le cylindre 14 une chambre 21 pouvant recevoir un fluide hydraulique qui commande le mouvement du piston le long de lraxe commun. Des joints convenables (non représentés pour plus de clarté) assurent l'étanchéité aux fluides entre la jupe 20 et la collerette 12, et entre la face cylindrique intérieure du piston et le cylindre 14. Plusieurs ressorts 23 de traction, montés entre le piston et la collerette 12, tendent à ramener le piston 18 vers la droite, dans l'orientation des figures. En variante, il est possible de mettre en oeuvre un piston à double effet. La face extérieure du piston 18 présente, à proximité de l'extrémité gauche de ce piston, une surface tronconique 22 destinée à porter contre une surface inclinée correspondante 24 présentée par plusieurs coins 26 d'expansion disposés en cercle. Ces coins 26 d'expansion sont logés radialement dans un évidement annulaire délimité entre le bord extérieur de la collerette 10 et la surface tronconique 22 du piston extérieur 18. Plusieurs ressorts ou autres éléments de traction, disposés circonférentiellement et reliant les coins d'expansion les uns aux autres, retiennent ces coins 26 en contact avec la surface tronconique du piston. En variante, un ressort de traction reliant chaque coin 26 à la collerette gauche 10 peut rappeler ce coin vers la surface tronconique 22 du piston 18. Chaque coin 26 d'expansion porte une semelle 28 orientée radialement vers ltex- térieur. Lorsque le dispositif de bridage est en position de relachement, le piston 18 est rétracté, c'est-à-dire que la chambre 21 présente son volume minimal, et les coins 25 d1ex#an- sion sont ramenés à force vers l'intérieur par les éléments de traction qui leur sont associés jusqu'à ce que leur surface intérieure 30 porte contre un épaulement 32 de la collerette gauche 10. Dans cette position, une partie de la surface arrière de lå -semelle 28 de chaque coin porte également contre le bord extérieur de la collerette gauche 10. Pour la mise en oeuvre des coins 26 d'expansion, le fluide hydraulique est introduit dans la chambre 21 afin d'en augmenter le volume et de déplacer à force le piston 18 vers la gauche (dans l'orientation des figures) afin que les coins 26 soient déplacés radialement vers l'extérieur par un effet de "compression" produit entre la surface tronconique 22 du piston et la surface verticale 33 de-la collerette gauche 10. Des butées 46 limitent-la course du piston 18. il est possible de remplacer le cercle de coins 26 d'expansion par des coins différents de manière que la meme structure de base du dispositif puisse être utilisée pour le bridage de tuyaux de différentes dimensions, simplement-par la mise en oeuvre de jeux de coins d'expansion présentant des dimensions convenables. te second support annulaire 4 est sensiblement analogue au premier support annulaire 2 décrit ci-dessus, sauf qu'il est orienté en sens opposé par rapport au précédent et qu'il comporte un élément cylindrique creux 34 faisant saillie au bord intérieur de sa collerette gauche 12, dans 12 orientation des figures. Cet élément cylindrique 34 dépasse l'extrémité de ltélé- ment tubulaire 8 et il est fermé par une plaque extrême 35 au centre de laquelle est fixé un moteur réversible 37 destiné à commander la rotation de l2elément tubulaire 8 par l'intermédiaire d'un arbre 38. t'élément tubulaire 8, disposé coaxialement dans les premier et second supports 2 et 4, est relié à ces derniers par les paliers 6 à roulement. tes supports 2 et 4 sont placés sur Ifélément tubulaire 8 de manière que leurs faces extrêmes 36 et 36J soient voisines, mais suffisamment espacées l'une de l1autre pour délimiter un intervalle radial libre entre elles permettant un mouvement de balayage sur 360O d'un faisceau 49 de rayonnement cohérent produit par un générateur 47 de rayons lasers, représenté schématiquement comme étant monté à l'intérieur du raccord 11, mais normalement situé à l'extérieur de l'extré- mité de ce raccord. Un ensemble 40 à télescope dirige le faisceau du rayonnement cohérent à sa sortie du générateur 47, de manière qu'il atteigne le joint 41 à souder. L'ensemble à télescope ne constituant pas une caractéristique de l'invention, il ne sera pas décrit plus en détail. il est placé sur l'axe du raccord 11 de manière que son extrémité 39 comportant un objectif pénètre dans l t élément tubulaire 8 par l'extrémité ouverte de ce dernier et y soit maintenue par des supports 50 qui permettent un déplacement angulaire de l'ensemble 40 par rapport à l'axe de l'élément tubulaire 8. t'autre extrémité du télescope 40 est maintenue par quatre vérins hydrauliques 52, dont deux (non représentés) sont disposés horizontalement. te télescope 40 est relié à ces vérins 52 par un palier 54 de manière qu'il puisse tourner par rapport auxdits vérins.Un galet 96 monté à 11 extrémité de chaque vérin 52, permet à ces derniers de par#courir la surface interne du raccord lorsque le dispositif est déplacé le long de ce dernier. L'extrémité 39 du télescope 40 porte un miroir 42 orienté de manière à réfléchir le rayon laser qu'il reçoit vers un point précis du joint 41 situé entre les extrémités bout à bout du tuyau 9 et du raccord 11. A cet effet, l'enveloppe du télescope et l'élément tubulaire 8 présentent des ouvertures 43 et 44. ta puissance du laser est suffisante pour réaliser un soudage par fusion à une profondeur convenable du joint 41 entre les tuyaux. Pour sa mise en oeuvre, le dispositif de bridage interne selon ltinvention doit etre alimenté, entre autre, en énergie électrique et en fluide hydraulique. tes conduites d'alimentation sont logées dans une gaine 45 pouvant Aetre branchée de manière amovible à ses deux extrémités. La gaine 45 contient également des conduites d'alimentation en eau et en certains gaz nécessaires au soudage. Lorsqu'il est utilisé, le dispositif selon l'invention est placé dans l'extrémité libre d'un tuyau 9 à souder, de manière que le second support 4 pénètre dans ce tuyau. Le dispositif est aligné de manière à etre coaxial au tuyau. tes patins 28' associés au support 4 sont placés à proximité de 11 extrémité ouverte du tuyau, puis les coins 26' d'expansion sont actionnés par refoulement du fluide hydraulique dans la chambre 21' du piston extérieur 18' de manière que ce dernier dé#place les coins 26' d'expansion et les applique fermement contre la surface interne du tuyau 9. Bien que les tuyaux et les raccords soient réalisés de manière à être circulaires, des tolérances de fabrication peuvent leur donner une légère ovalisation. De plus, après qu'ils ont été transportés et stockés, ils sont fréquemment déformés, de sorte que la section droite de leurs extrémités peut hêtre elliptique ou autrement non circulaire. Lors de la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, pour une distance#donnée de la course du piston 18', tous les coins 262 d'expansion se déplacent radialement vers l'extérieur sur la meme distance, de sorte quten cas d'ovalisation du tuyau, les semelles 28' entrent d'abord en contact avec la partie la plus étroite de ce dernier et la repoussent à force vers l'extérieur.Lorsque toutes les semelles 28' sont en contact avec la surface intérieure du tuyau, ce dernier présente une section réellement circulaire. Un raccord il à souder au tuyau 9 est ensuite placé dans un poste d'alignement (non représenté) et amené en position à proximité du tuyau 9 en passant au-dessus du télescope 40 et du premier support 2 du dispositif de bridage interne selon l'in- vention. Dans cette position, les coins 26 d'expansion du premier support 2 sont à proximité de l'extrémité du raccord 11 à souder. Ce dernier est aligné par une manoeuvre convenable du poste d'alignement, de manière qu'il soit coaxial au tuyau 9 et que l'inter- allie souhaité, généralement inférieur à 0,2 mm, soit obtenu entre les deux extrémités à souder. Les coins 26 d'e pansion du premier support 2 sont ensuite actionnés comme décrit précédemment pour ceux du second support 4, de manière qu'ils portent contre la surface intérieure du raccord 11. De mtme que précédemment, dans le cas où l'extrémité de ce raccord n'est pas parfaitement circulaire, le dispositif de bridage supprime toute ovalisation présente. il est possible qu'en raison des tolérances de fabrication, les diamètres intérieurs des tuyaux soient différents. Dans ce cas, ce dispositif de bridage peut dilater radialement le tuyau présentant le plus faible diamètre intérieur jusqu'à ce que les deux tuyaux présentent les mêmes dimensions. Ce résultat est obtenu par la mise en oeuvre du jeu convenable de coins d'expansion 26 ou 26'. Des butées 46 et 46', ou un réglage de la pression hydraulique établie dans les chambres 21 et 21 J, permettent de déterminer l'amplitude de la dilatation du tuyau 9 ou du raccord 11 ou des deux. en encontact des deux jeux de coins 26 et 26' d'expansion avec la surface intérieure du raccord il et du pipeline 9 maintient ces derniers dans leur position d'alignement et maintient également un intervalle constant entre leurs extrémités pendant le soudage. La largeur de l'intervalle est vérifiée avant le commencement du soudage à l'aide d'un instrument faisant partie de la machine à souder. Cependant, cet instrument ne faisant pas partie du dispositif selon l'invention, il ne sera pas décrit plus en détail. La soudure est réalisée par la mise en oeuvre du générateur de rayons laser de manière qu'il produise un faisceau de rayonnement cohérent qui est réfléchi par le miroir 42 vers le joint 41 à souder. La rotation de l'élément tubulaire 8 et du télescope associé 40 sur au moins un tour complet permet de réaliser une soudure circonférentielle intérieure complète entre le raccord Il et le tuyau 9. lorsque la soudure est achevée, les coins 25 et 26' d'expansion sont relachés et le dispositif de bridage est déplacé à l'intérieur du raccord 11, vers l2extrémité ouverte de ce dernier, sous la commande d'un mécanisme 58. Un microcontact 48, destiné à détecter l'extrémité libre du- raccord, est monté sur l'extrémité d'un bras 60, de manière à transmettre au mécanisme de commande un signal provoquant l'arrêt de ce mécanisme lorsque le dispositif a atteint la position souhaitée à l'extrémité ouverte du conduit. Lorsque le dispositif de bridage est dans cette position, le microcontact est retiré de l'extrémité ouverte du conduit et déplacé vers la position dans laquelle il est représenté sur la figure 1. te cycle d'opérations consistant à mettre en place le dispositif de bridage selon l'invention, à aligner un nouveau raccord et à souder le joint, est ensuite répété pour chaque raccord ou tuyau à ajouter au pipeline. La figure 2 représente une variante des coins d'expansion et des collerettes des supports. Dans cette forme de réalisation, les tuyaux 9 et 11, contre lesquels portent les coins 62 et 62' d'expansion; sont tirés ltun contre l'autre afin que leurs extrémités soient maintenues en contact étroit. Du fait de la présence de surfaces inclinées 66 et 66' sur les collerettes 10 et 10' et de surfaces correspondantes 68 et 68' sur les coins 62 et 62' d'expansion, lorsque les pistons 18 et 18' sont déplacés vers les collerettes 10 et 10', les coins 62 et 62' d'expan- sion sont entratnés vers l'extérieur et également déplacés axialement vers le joint 41 formé entre les tuyaux 9 et 11.Lorsque les coins 62 et 62 entrent en contact avec la surface intérieure des tuyaux, les extrémités de ces derniers sont appliquées en contact l'une avec l'autre. Les tuyaux peuvent éga#lement être tirés l'un vers autre à l'aide de la forme de réalisation représentée sur la figure 3. Dans cette variante, le premier support 2 assume la fonction d'un piston extérieur placé dans une chambre extérieure 78. te support 2 comporte une jupe annulaire 70 qui coulisse étroitement sur le bord extérieur 72 d'une collerette 74 faisant saillie a l'extrémité ouverte de l'élément tubulaire 8.La jupe 70 et la collerette 74 délimitent, avec un épaulement annulaire 76 partant vers l'intérieur de la collerette, une chambre 78 destinée à recevoir un fluide hydraulique~ Min de permettre un dé placement entre l'élément tubulaire 8 et le support 2, les paliers 6 sont montés sur un manchon 80 qui coulisse sur l'élément tubulaire 8. Une augmentation de la pression hydraulique régnant dans la chambre 78 éloigne à force la collerette 74 du support 2 et provoque, par conséquent, un déplacement axial de l'élément tubulaire 8 et du second support 4 qu'il porte vers le premier support 2.Ainsi, lorsque les coins 261 et 26 d'expansion portent contre les tuyaux 9 et il et que la pression hydraulique est augmentée à 11 intérieur de la chambre 78, les extrémités des tuyaux sontappliquées ltune contre l'autre. Un ressort de rappel ramène le support 2 qui assume la fonction de piston lorsque la pression hydraulique est relâchée. Dans la forme de réalisation du télescope 40 représentée sur la figure 4, l'extrémité 44 de ce télescope qui pénètre à l'intérieur de l'élément tubulaire 8 est reliée au corps dudit télescope par un raccord 63 permettant à cette extrémité 44 de tourner pendant que le corps reste fixe. il est-ainsi inutile d'utiliser un palier et, par conséquent, les extrémités intérieures des vérins hydrauliques 52 peuvent être reliées directement à l'élément tubulaire 64 d'entrée. En variante, les extrémités des vérins ou des jambes 52 sont reliées à des patins articulés 66 qui transmettent la poussée de ces jambes au tuyau les entourant tout en permettant un déplacement longitudinal du télescope et du dispositif de bridage sous la commande d'un piston 58 à moteur. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICA2I0BS 1. Dispositif de bridage intérieur des extrémités à souder de deux tuyaux ou autres éléments creux disposés bout à bout, caractérisé en ce qu'il comporte deux supports destinés à etre placés dans l'un ou l'autre des deux tuyaux, des éléments de bridage montés sur les supports et mobiles vers l'extérieur, un élément tubulaire qui porte les supports et qui peut tourner par rapport à eux, ces deux supports étant espacés axialement l'un de l'autre et situés de chaque côté des extrémités adjacentes des tuyaux, l'élément tubulaire présentant une ouverture alignée sur l'intervalle entre les supports de manière qutun faisceau de rayons laser puisse passer par cette ouverture et réaliser une soudure intérieure complète des extrémités des tuyaux disposés bout à bout lorsque l'élément tubulaire tourne sur au moins 3600. 2. Dispositif de bridage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de bridage se présentent sous la forme de coins d'expansion disposés en cercle et destinés à entre commandés par un piston annulaire mobile sur une surface cylindrique du support associé. 3. Dispositif de bridage selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque piston annulaire présente une surface extérieure tronconique destinée à porter contre une surface complémentaire de chaque coin d'expansion. 4. Dispositif de bridage selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque coin d'expansion présente une seconde surface destinée à porter contre une surface présentée par une collerette réalisée d'une seule pièce avec le support associé, ladite seconde surface et la surface complémentaire de chaque coin d'expansion formant un certain angle entre elles et avec une ligne parallèle à l'axe de l'élément tubulaire. 5. Dispositif de bridage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde surface appartient à un plan perpendiculaire audit axe. 6. Dispositif de-bridage selon la revendication 2 ou l'une quelconque des revendications qui sty rattachent, carac térisé en ce que chaque piston est rappelé élastiquement dans un sens opposé à celui provoquant un mouvement des coins dSexpan- sion vers l'extérieur. 7. Dispositif de bridage selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque piston est commandé hydrauliquement. 8. Dispositif de bridage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un premier support porte un moteur électrique dont l'arbre est coaxial à l'axe de l'élément tubulaire et fixé à ce dernier, de manière que la mise en marche du moteur provoque une rotation relative dudit élément tubulaire et des supports dans un sens choisi et à une vitesse choisie. 9. Dispositif de bridage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quril comporte un télescope destiné à diriger un faisceau laser et dont une première extrémité peut pénétrer dans une extrémité de l'élément tubulaire avec lequel ledit télescope tourne, l'autre extrémité de ce télescope étant maintenue par au moins trois jambes de longueur réglable, permettant d'aligner l'axe du télescope sur un rayon laser arrivant. 10. Dispositif de bridage selon la revendication 9, caractérisé en ce que le télescope peut tourner en totalité, l'extrémité de ce télescope éloignée de ladite première extrémité étant maintenue par un palier duquel partent lesdites jambes. 11. Dispositif de bridage selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les jambes sont terminées par des galets ou d'autres éléments de contact sans frottement. 12. Dispositif de bridage selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte quatre jambes perpendiculaires entre elles.