Brevet FR2423298A1 — publié le 19791116

La présente invention concerne une machine transportable permettant d'assurer de façon semi-automatique l'usinage de saignées a flancs cylindriques ou coniques a la périphérie externe d'un côté d'une tubulure ou d'un manchon. La machine de l'invention peut être avantageusement utilisée pour l'exécution de chanfreins ou de surfaces cylindriques ou coniques a l'intérieur ou a l'extérieur de l'extrémité de tubes de grands diamètres présentant un alésage cylindrique ou conique. Une application particulièrement intéressante de la présente invention consiste a usiner une saignée a la périphérie d'une tubulure adaptée pour être montée sur une cuve de réacteur nucléaire. Pour la fixation par soudure de ces tubulures de grand diamètre ou de brides pour de telles tubulures a la périphérie de la cuve d'un réacteur nucléaire, on procède tout d'abord a la réalisation d'un cordon de soudure continu entre la tubulure et la cuve du réacteur au voisinage de la périphérie externe de ladite cuve en remplissant complétement une rainure externe subsistant entre la cuve et la tubulure, Avant de procéder à la soudure définitive du côté interne de la cuve du réacteur il convient alors d'effectuer un usinage préalable enlevant la matière jusqu'à la soudure externe afin de vérifier si des microfissures ne sont pas intervenues et de préparer la surface d'une saignée à flancs cylindriques et/ou coniques destinée à recevoir un cordon de soudure interne. Cette opération d'usinage dite opération de reprise des envers était jusqu'S présent réalisée manuellement au moyen d'outils de meulage ce qui nécessitait un travail long et délicat dans des conditions éprouvantes à l'intérieur de la cuve. La présente invention permet en particulier de faciliter considérablement la réalisation de cette opération de reprise des envers assurant en outre une grande précision dans l'usinage réalisé. La machine selon la présente invention permet donc l'usinage de saignées présentant des flancs cylindriques ou coniques à la périphérie externe ou interne d'un côté d'une tubulure ou d'un manchon. Selon l'invention, la machine d'usinage comprend des moyens de blocage et de maintien en position coopérant avec la paroi interne de ladite tubulure ainsi que des moyens d'usinage montés à l'extérieur de la tubulure et entraînés en rotation autour d'un axe sensiblement confondu avec celui de la tubulure, Selon l'invention les moyens de blocage et de maintien en position comprennent plusieurs patins de blocage susceptibles d'être déplacés radialement jusqu'à venir en contact avec la paroi interne de la tubulure.Le mécanisme d'actionnement des patins de blocage comprend de préférence une tige axiale pouvant être déplacée en translation et coopérant avec des leviers agissant chacun radialement sur un patin de blocage à l'encontre de la force de rappel d'un ressort. Les patins de blocage sont avantageusement groupés en deux ensembles écartés axialement, le mécanisme d'actionnement permettant un déplacement radial simultané de l'ensemble des patins de blocage. La machine comprend également de préférence une enveloppe cylindrique de protection entourant la tige axiale et le mécanisme d'actionnement simultané de l'ensemble des patins de blocage. Dans le cas où l'usinage se fait à haute température on peut prévoir avantageusement une couche isolante disposée à l'intérieur de ladite enveloppe cylindrique afin de limiter l'action de la température sur le mécanisme d'actionnement. Les moyens d'usinage de la machine selon l'invention comprennent un bras pouvant être déplacé radialement et supportant à son extrémité libre une tête porte-outil pouvant être inclinée par rapport à la verticale et munie de moyens de déplacement en translation de l'outil. Une couronne dentée permet l'entraînement en rotation du bras précité. Dans un mode de réalisation préféré, la couronne dentée comprend une bague extérieure munie d'une denture et maintenue solidaire du bâti de la machine, une bague intérieure solidaire d'un chariot portant le bras précité. Des éléments de roulement sont disposés entre la bague extérieure et la bague intérieure. Un pignon satellite entraîné en rotation coopère avec la denture précitée de la bague extérieure de façon à provoquer l'entraînement en rotation du bras porté par son chariot. La machine de l'invention peut encore, moyennant une modification simple, être utilisée pour la réalisation automatique du cordon de soudure destiné à remplir la saignée précédemment usinée. Il suffit en effet, pour obtenir ce résultat, de remplacer un ou plusieurs des organes constituant les moyens d'usinage précités par des moyens de soudure automatique. L'invention sera mieux comprise à l'examen de la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier décrit à titre nullement limitatif et illustré par les dessins sur lesquels la fig. 1 représente une vue en élévation d'une machine selon l'invention disposée à l'intérieur d'une tubulure pour cuve de réacteur nucléaire représentée en coupe partielle dans un plan perpendiculaire à l'axe de la cuve, la figure montrant en outre au moyen d'un arrachement partiel en coupe le mécanisme d'actionnement des moyens de blocage et de maintien en position de la machine à l'intérieur de la tubulure; la fig. 2 est une vue en coupe selon 11-11- de la fig. 1 montrant en particulier la couronne dentée assurant l'entrainement en rotation des mayens d'usinage de la machine de l'invention;; la fig. 3 est une vue partielle de dessus de la machine représentée sur les figures précédentes illustrant en particulier le mécanisme permettant d'assurer le déplacement radial du bras et de la tête porte-outil. Telle que représentée sur les figures, la machine selon l'invention est installée à l'intérieur d'une tubulure 1 destinée à être soudée à la périphérie externe sensiblement cylindrique d'une cuve 2 de réacteur nucléaire. A cet effet, la tubulure l comporte une partie la en forme de manchon conique s'étendant à l'extérieur de la cuve 2 et un collet radial lb muni sur sa périphérie externe sensiblement cylindrique d'un chanfrein conique définissant une saignée interne 3, avec un chanfrein conique analogue pratiqué sur la péri- phérie correspondante du bord-de la cuve 2. Une saignée externe 4 est également définie du côté extérieur à la cuve entre deux chanfreins usinés respectivement sur le collet radial lb et la périphérie de la cuve.On comprendra bien entendu que la tubulure 1 pourrait présenter une autre forme, la partie la pouvant notamment être cylindrique. Sur la fig. 1, la saignée extérieure 4 se trouve déjà remplie d'un cordon continu de soudure. On notera par ailleurs que le collet lb de la bride 1 présente dans le fond de la saignée 3, un épaulement circulaire 5 qui vient coopérer avec un rebord 6 usiné sur la partie antagoniste dans l'épais- seur de la cuve 2 de façon à assurer le centrage de la tubulure 1 avant l'opération de soudure externe dans la saignée 4. Avant de procéder à la soudure de la tubulure 1 sur la cuve 2 au moyen d'un cordon de soudure remplissant complétement la saignée interne 3, il est nécessaire d'examiner l'état de la soudure pratiquée dans la saignée externe 4 afin de vérifier en particulier si des microfissures ne sont pas intervenues. Il est donc nécessaire d'usiner le fond de la saignée interne 3 afin d'éliminer complétement la matière de la cuve 2 et de la tubulure 1 comprenant en particulier l'épaulement 5 et le rebord 6 jusqu'à attaquer par l'intérieur le fond de la saignée externe 4 rempli de matériau de soudure. Cette opération, intitulée reprise de l'envers, peut être réalisée d'une manière automatique au moyen de la machine selon 1' invention. Comme on peut le voir sur la fig. i, la machine comporte une enveloppe cylindrique de protection 7 entourant une tige axiale 8 et disposée à l'intérieur du manchon la de la tubulure 1, les dimensions de l'enveloppe 7 correspondant sensiblement à la longueur totale de la tubulure 1. Le maintien en position de la machine est assuré par trois patins de blocage supérieurs 9 et trois patins de blocage inférieurs 10 disposés à 1200 les uns des autres et venant en contact avec la surface interne de la tubulure 1. La machine comporte à sa partie supérieure se trouvant à l'intérieur de la cuve 2 une tête porte-outil il montée à l'extrémité libre d'un bras 12 lequel est entraîné en rotation autour d'un axe confondu avec celui de la tubulure 1 et de la tige 8. On va maintenant décrire plus en détail le mode d'action des moyens de blocage et de maintien en position de la machine. Chaque patin de blocage 9, 10 comporte un cylindre 13 solidaire d'un corps cylindrique 14 faisant partie du bâti de la machine. A l'intérieur du cylindre 13 peut se déplacer un piston 15 convenablement bloqué en rotation, muni à son extrémité extérieure à l'enveloppe 7 d'une pièce d'appui 16 dont les dimensions et la forme peuvent être adaptées au profil particulier de la paroi interne de la tubulure 1 à l'endroit ou le patin de blocage correspondant doit prendre appui.C'est ainsi que les pièces de contact 16 des patins de blocage inférieurs 10 présentent un encombrement radial plus faible que les pièces analogues 16a des patins de blocage supérieurs 9 étant donné la forme conique évasée en direction de l'intérieur de la cuve du manchon la de la tubulure 1 telle que représentée sur la fig. 1. L'extrémité interne de chaque piston 15 coopère avec un levier 17 articulé autour d'un axe 18 et soumis d'une part à l'action d'un ressort de rappel 19 solidaire à l'une de ses extrémités de la tige 8 et d'autre part à une action de basculement provoquée par un mouvement de translation axial de la tige 8. Le basculement des leviers 17 autour des axes 18 provoque un déplacement radial vers l'extérieur des patins de blocage 9 et 10. Lors d'un mouvement de rappel sous l'action des ressorts 19 les leviers 17 pivotent en sens inverse, un aimant permanent 20, disposé entre chaque levier 17 et l'extrémité de chaque piston 15 assurant un retour simultané des patins de blocage 9 et 10. Les trois patins de blocage supérieur 9 et inférieur 10 sont disposés à 1200 les uns par rapport aux autres et comportent chacun le mécanisme d'actionnement qui vient d'être décrit. Ils sont en outre disposés à un certain écartement axial de façon à assurer un meilleur maintien de la machine pendant les opérations d'usinage. La tige 8 comporte à sa partie inférieure une portion filetée 8a s'étendant sous la machine en dehors de l'enveloppe externe 7 et pouvant coopérer avec l'écrou 21 d'une clé réversible à cliquet commandée par un levier manuel démontable 21a. Une rotation de l'écrou 21 coopérant avec le filetage 8a provoque simultanément un déplacement axial dans un sens de la tige 8 dont toute rotation est évitée grâce à la goupille 22 coopérant avec une lumière fixe 23 et un mouvement axial de translation dans l'autre sens d'un manchon 24 coulissant librement par rapport à la tige 8 et entrant en contact de frottement avec la surface supérieure de l'écrou 21.Le manchon 24 comporte sur sa face opposée, située à l'intérieur de l'enveloppe 7, trois rotules sphériques 25 dont seule l'une est représentée sur la fig. 1 et qui coopèrent respectivement avec chaque levier 17 en vue de son pivotement autour de l'axe 18 Au voisinage de l'extrémité supérieure de l'enveloppe 7, la tige 8 comporte un autre manchon 26 solidaire en translation de ladite tige au moyen d'une goupille 27. Le manchon 26 comporte sur sa face inférieure trois rotules sphériques 28 coopérant comme les rotules 25 avec les leviers 17 supérieurs en vue d'actionner les patins de blocage supérieurs 9. On notera que les axes d'articulation 18 des patins de blocage 17 sont montés respectivement sur deux plaques 29 et 29a disposées dans un plan radial par rapport à la tige 8 et munies de perçages centraux permettant le passage des manchons respectifs 24 et 26 et de la tige axiale 8. Les deux plaques radiales 29 et 29a sont soudées à la périphérie interne du corps cylindrique 14. Un dispositif de ressort 30 est en outre monté entre l'extrémité supérieure de la tige 8 et le manchon supérieur 26 afin de rattraper d'éventuelles dilatations thermiques. La plaque inférieure 29a reçoit trois pieds de support 31 permettant de reposer la machine lorsqu'elle n'est pas utilisée. L'extrémité de la tubulure 1 comporte trois fers plats 32 soudés sur la face frontale externe de ladite tubulure et présentant chacun un trou taraudé coopérant avec une vis de réglage 33 qui permet de modifier l'inclinaison par rapport à la verticale de l'ensemble de la machine par l'intermédiaire de trois cales 34 venant prendre appui sur un anneau de support 35 solidaire de la plaque inférieure 29a. Pour éviter toute détérioration du mécanisme d'actionnement, la machine comporte une couche thermiquement isolante 36 entourant le corps cylindrique 14, une lame d'air étant maintenue en outre entre ladite couche isolante 36 et l'enveloppe cylindrique externe de protection 7, Ces précautions sont rendues nécessaires en particulier dans le cas où l'usinage doit se faire à haute température, par exemple jusqu'à une température voisine de 2000C. Dans ce cas, la machine comporte en outre un ventilateur non représenté sur les figures, qui crée une circulation d'air verticale dans l'enveloppe cylindrique 7 tant que la machine se trouve à l'intérieur de la tubulure. A la partie supérieure du corps cylindrique 14 se trouve monté le mécanisme d'entraînement en rotation du bras 12. Ce mécanisme comprend un carter 37 partiellement rempli de lubrifiant, une plaque horizontale 38 solidaire du bâti de la machine et du corps 14 et sur laquelle est immobilisée la bague extérieure dentée 39-d'une couronne d'orientation à rouleaux cylindriques croisés 40, la bague interne 41 étant, quant à elle, solidaire en rotation d'un plateau supérieur 42 de même diamètre que la plaque 38. Un pignon satellite 43 est entraîné en rotation par un moteur électrique 44, par l'intermédiaire d'une transmission, par exemple par courroie, non représentée sur les figures et logée dans le carter 45. Le pignon 43 coopère avec la denture externe de la bague 39 et provoque de ce fait la-rotation du plateau supérieur 42 autour de l'axe de la machine. Le mécanisme d'entraînement 46 du pignon satellite 43 ainsi que le moteur électrique 44 et les moyens rotatifs 47 d'alimentation en courant électrique se trouvent supportés par trois colonnes verticales 48 montées sur le plateau 42. Le bras 12 est constitué par une poutre horizontale sensiblement en forme de U comprenant une plaque horizontale 49 pouvant glisser sur le plateau rotatif 42 par l'intermé- diaire de garnitures anti-frottement 50. Le bras 12 se complète par deux montants latéraux 49a disposés de chant et soudés sur la plaque 49, Deux glissières latérales 51 solidaires du plateau 42 maintiennent l'ensemble latéralement. Des dispositifs de blocage 52 à actionnement manuel permettent de bloquer le bras 12 dans une position déterminée par rapport au plateau 42. Le déplacement radial du bras 12 se fait au moyen d'une tige filetée 53 entraînée en rotation par l'intermédiaire d'un dispositif à joint universel 54 reliant la tige 53 à un arbre 55 et une manivelle 55a. La rotation de la vis 53, supportée par des paliers d'extrémité tel que le palier 56 visible sur la fig. 1, à l'intérieur du manchon taraudé 57 solidaire du plateau 42, entraîne un déplacement en translation radiale de l'ensemble du bras 12 glissant par rapport au plateau 42 et aux glissières latérales 51. On notera que l'arbre 55 de la manivelle 55a est monté obliquement et traverse l'un des montants latéraux 49a du bras 12 de sorte qu'il se trouve entraîné avec ce dernier et la vis 53 dans la translation précitée. Une réglette 58 visible sur la fig. 1, est solidaire de l'une des faces extérieures d'un montant latéral 49a du bras 12 et porte à ses extrémités deux microcontacts de fin de course 59 coopérant avec un étrier 60 solidaire d'une des glissières 51 de façon à détecter le déport maximal du bras 12. On notera à l'examen de la fig. 3 que pour améliorer l'équilibre de l'ensemble de la machine, le bras 12 est sensiblement perpendiculaire au carter 45 supportant le moteur électrique 44 et le mécanisme d'entraînement 46 du pignon satellite 43. Le bras 12 supporte à l'une de ses extrémités libres la tête porte-outil 11 qui peut être inclinée par rapport a la verticale en pivotant autour de son axe 61 monté entre les montants latéraux 49a. L'inclinaison de la tête il peut être repérée par rapport à un index 62 et ladite tête d'usinage peut être bloquée en position par serrage du bouton moleté 63 à 11 intérieur de la fente incurvée 64 pratiquée dans l'un des montants latéraux 49a du même côté que la manivelle 55a, La tête d'usinage 11 comporte un chariot mobile 65 sur lequel est fixé le porte-outil proprement dit 66, muni à son extrémité de l'outil 67 qui, dans l'exemple représenté sur la fig. 1, est une plaquette à haut rendement d'usinage et de forme sensiblement circulaire.Le chariot 65 et par voie de conséquence l'outil 67, peuvent être déplacés en translation par rapport à la tête 11 par la rotation d'une vis 68 coopérant avec un noyau taraudé 69 solidaire du chariot 65. Une manivelle 70 permet un réglage manuel de la position du chariot 65 par rotation de la vis 68. Ladite vis 68 peut également être entraînée en rotation par le moteur élec- trique de commande 71 par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 72. La mise en oeuvre de la machine selon l'invention se fait de la manière suivante. Comme il a été précisé, le résultat recherché dans l'exemple illustré, est d'usinerela saignée interne 3 suivant le profil représenté en trait mixte sur la fig. 1 jusqu'à atteindre la soudure déjà réalisée dans la saignée externe 4. Dans l'exemple illustré sur les figures il est donc nécessaire tout d'abord de procéder à l'usinage du fond de la saignée 3, la tête d'usinage 11 étant en position verticale. Cette opération se fait d'abord au moyen d'un outil spécial de trépanage, la finition pouvant être réalisée à l'aide de l'outil représenté sur la fig. 1. Il peut également être nécessaire de procéder ultérieurement à un chariotage des flancs coniques de la saignée 3 auquel cas la machine de l'invention peut également être utilisée après inclinaison convenable de la tête d'usinage 11. L'ensemble de la machine, supporté par tout moyen convenable par l'intermédiaire du crochet de manutention 73, est introduit par l'intérieur de la cuve 2 dans la tubulure 1 après que les cales 34 aient été convenablement placées sur les plats 32. Lorsque la machine suspendue par son crochet 73 se trouve à l'intérieur de la tubulure 1, on agit sur le manche 21a de la clé réversible et l'on procède au serrage de l'écrou 21. Il en résulte un déplacement vers le haut du manchon inférieur 24 qui provoque le déplacement radial vers l'extérieur des trois patins de blocage inférieurs 10.Simultanément ou éventuellement après l'entrée en contact desdits patins de blocage inférieurs 10 avec la paroi interne de la tubulure 1, la rotation de l'écrou 21 provoque un mouvement de translation de la tige 8, vers le bas cette fois, entraînant dans ce mouvement le manchon supérieur 26 lequel provoque le pivotement des leviers 17 supérieurs et le déplacement radial vers l'extérieur des patins de blocage supérieurs 9. Le manche 21a de la clé à cliquet permet d'obtenir un serrage important de l'ensemble des patins de blocage 9 et 10, la machine se trouvant ainsi maintenue en position à l'intérieur de la tubulure 1 et ne devant plus être suspendue pendant les opérations d'usinage. La perpendicularité de la machine c'est-à-dire la position verticale exacte de son axe peut être réglée aisément à l'aide des trois vis 33 après avoir éventuellement desserré les patins de blocage 9 et 10. La concentricité de la machine c'est-à-dire la position de son axe par rapport à l'axe de la tubulure 1 et de la saignée 3 peut également être réglée après avoir desserré les vis de fixation 74 de la plaque inférieure 38, au moyen de trois vis de réglage 75. On procède ensuite au réglage de la position du bras d'usinage 12 puis au réglage de l'inclinaison de la tête d'usinage 11. Dans l'exemple illustré il convient tout d'abord de placer la tête d'usinage 11 en position verticale telle que représentée sur la fig. 1. L'usinage proprement dit peut alors commencer, la tête d'usinage solidaire du bras 12 étant entraînée en rotation comme il a été dit, l'avance étant effectuée automatiquement par le déplacement du chariot 65 entraîné par le moteur électrique 71. Le chariotage des flancs latéraux coniques de la sai#gnée 3 peut ensuite être réalisé en inclinant la tête d'usinage 11 à l'angle désiré Bien que la machine ait été ici représentée dans un cas particulier d'usinage adapté àlafixation par soudure d'une tubulure sur une cuve de réacteur nucléaire on comprendra que cette machine puisse être utilisée également pour l'exé- cution de chanfreins de profil cylindrique ou conique au voisinage de l'extrémité intérieure ou extérieure de tubes de grand diamètre quel que soit le profil interne de l'alésage desdits tubes. Par ailleurs, la machine peut aisément être transformée en machine de soudage# automatique destinée à former le cordon de soudure dans une saignée telle que celle précédemment usinée. Dans ce cas, une tête de soudure est montée soit directement sur le plateau 42 soit simplement en remplacement de la tête d'usinage Il à l'extrémité du bras rotatif 12 ou encore à la place du porte-outil 66. REVEND ICAT IONS 1. Machine d'usinage de -saignées à flancs cylindriques ou coniques à la périphérie externe d'un côté d'une tubulure ou d'un manchon caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens de blocage et de maintien en position coopérant avec la paroi interne de la tubulure et des moyens d'usinage montés à l'extérieur de la tubulure et entraînés en rotation autour d'un axe sensiblement confondu avec celui de la tubulure. 2. Machine d'usinage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de blocage et de maintien en position comprennent plusieurs patins de blocage susceptibles d'être déplacés radialement jusqu'à venir en contact avec la paroi interne de la tubulure. 3. Machine d'usinage selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les moyens de blocage et de maintien en position comprennent deux ensembles écartés axialement de trois patins de blocage disposés à 1200 et des moyens d'actionnement simultané desdits patins de blocage. 4. Machine d'uslnage -selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les moyens d'actionnement simultané des patins de blocage comprennent une tige axiale pouvant être déplacée en translation et coopérant avec des leviers agissant chacun radialement sur un patin de blocage à l'encontre de la force de rappel d'un ressort. 5. Machine d'usinage selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'un ressort de rappel est disposé entre chaque levier et la tige axiale précitée, chaque patin de blocage étant solidaire de son levier d'actionnement par l'intermédiaire d'un aimant permanent. 6. Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée par le fait que les patins de blocage présentent des dimensions radiales et des formes d'extrémité adaptées au profil de la paroi interne de la tubulure. 7. Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte une enveloppe cylindrique de protection et une couche d'isolation thermique telle que la machine puisse être utilisée dans un environnement pouvant atteindre 2009C et disposée autour des moyens de blocage et de maintien en position précités et présentant des dimensions correspondant sensiblement à la longueur totale de la tubulure. 8. Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les moyens d'usinage comprennent un bras pouvant être déplacé radialement et supportant à son extrémité libre une tête porte-outil pouvant être inclinée par rapport à la-verticale et munie de moyens de déplacement en translation de l'outil, ainsi qu'une couronne dentée permettant l'entraînement du bras en rotation. 9. Machine d'usinage selon la revendication 8, caractérisée par le fat que ladite couronne dentée comprend une bague extérieure munie d'une denture et maintenue solidaire du bâti de la machine, une bague intérieure solidaire d'un plateau portant le bras précité, des éléments de roulement entre la bague extérieure et la bague intérieure et xn pignon satellite entraîné en rotation et coopérant avec la denture précitée de la bague extérieure. 10. Machine d'usinage selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'elle comprend au m3ins un moyen de calage disposé à La partie inférieure de l'enveloppe cylindrique pour coopérer avec une butée solidaire de la pér#phé- rie externe de la tubulure opposée au côté usine. 11. Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de soudure automatique remplaçant un ou plusieurs des organes constituant lesdits moyens d'usinage.