Brevet FR2417703A1 — publié le 19790914

La présente invention concerne une installation de pose d'une canalisation formée de tronçons de tubes soudés bout à bout. Les installations qui ont été proposées à ce jour pour la pose de canalisations enterrées ou immergées ne permettaient pas de résoudre complè- tement les problèmes liés au soudage par faisceau électronique de tronçons de tubes, ces problèmes étant essentiellement d'une part la nécessité d'assurer un accostage particulièrement précis des pieces tubulaires à souder ainsi qu'un positionnement tres soigné de l'axe du canon a électrons de façon à ce que le faisceau très concentré d'électrons rencontre bien le joint à souder, d'autre part 11 établissement d'une zone sous vide qui s'étend de part et d'autre des tubes au niveau du joint à souder, les dimensions de 11 enceinte sous vide étant telles que le canon à électrons soit disposé a l'extérieur du tube et soit adapté a se déplacer selon un trajet circulaire extérieurement coaxial au joint à souder. Ces problèmes sont résolus dans une installation selon l'invention en ce que ladite installation, comportant une plateforme rigide, est caractérisée en ce qu'elle comporte - un poste de transfert ayant une pluralité de dispositifs de maintien en position de la partie terminale de tube, solidaires d'un bâti rigide fixé à ladite plateforme, l'un des dits moyens de maintien en position étant situé à un niveau inférieur et coopérant avec une partie terminale de ladite canalisation en cours d'elaboration, au moins un autre moyen de maintien en position, à un niveau intermédiaire,étant agencé selon un axe parallele ou confondu avec l'axe dudit premier moyen de maintien en posi tion et étant porté par un moyen de supportage adapté a se déplacer trans versalement audit axe et selon ledit axe ; - un poste de soudage ayant une chambre annulaire sous vide disposée coaxia lement par rapport audit moyen de maintien en position inférieur, ladite chambre annulaire incorporant des moyens de supportage annulaire pour un canon à électrons, la chambre étant déplaçable selon l'axe ;; - un corps d'étanchéité adapté a se déplacer dans un tube a souder selon l'axe du moyen de maintien en position, ledit corps d'étanchéité étant pourvu de gorges annulaires associées a des boyaux gonflables d'étanchéité raccordés à des moyens de pompage et gonflage. La combinaison de ces trois dispositions permet d'assurer, comme on le verra plus loin, un accostage extremement précis des extrémités de tubes en regard et le corps d'étanchéité non seulement maintient l'alignement intérieur des tubes au niveau du joint de soudage, mais constitue, par les gorges à boyaux gonflables dont il est pourvu, l'extension a l'intérieur du tube de la chambre sous vide, cette extension de chambre étant ellear#ne associée à des moyens autonomes de pompage, en sorte que la mise sous vide de la zone entourant le joint a souder s'effectue avec une tres grande rapidité.De préférence, chaque moyen de maintien en position est associé a un moyen de centrage en position correcte de l'extrémité d'un tronçon de tube et ce moyen peut être constitué par un doigt de centrage de diametre inférieur au diametre intérieur d'un tronçon de tube, ayant une partie terminale tronconique et qui est équipée de poussoirs latéraux sur une face cylindrique. Selon une forme avantageuse de réalisation, le moyen de maintien en position comporte une pluralité de poussoirs a axes radiaux par rapport a l'axe d'un tube et répartis angulairement autour du tube, l'axe d'un poussoir étant solidaire d'une tige de vérin. L'invention vise également un procédé de soudage de tronçons de tubes bout a bout pour former une canalisation, qui met en oeuvre l'installation décrite ci-dessous et qui se caractérise en ce qu'il comporte les phases suivantes : a) la chambre a vide étant en position basse, on regle et on maintient en position selon un axe la partie terminale de la canalisation en cours d'élaboration ; b) on maintient en alignement axial avec ladite partie terminale et a écarte ment un tronçon de tube destiné a être soudé ; c) on usine, le cas échéant avant ou apres l'opération b), les extrémités des tubes à souder pour obtenir une face frontale rigoureusement perpendicu laire l'axe ; d) on déplace vers le haut la chambre annulaire a vide jusqu a venir en butée de positionnement par rapport a l'extrémité du tube a souder ; e) on introduit par le tronçon de tube a souder une corps d'étanchéité que lton solidarise en position de soudage avec ledit tube et l'on fait subir a 11 ensemble : tronçon de tube, chambre a vide et corps d'étanchéité, un mouvement descendant jusqu'a venir appliquer l'extrémité inférieure dudit tronçon de tube en appui contre l'extrémité de ladite canalisation ; f) on gonfle les moyens d'étanchéité a expansion radiale et l'on met en com munication la zone de soudage avec les moyens de pompage et/ou ladite cham bre a vide préalablement isolée de l'extérieur g) on procède a l'opération de soudage par rotation du canon a électrons. C'est ltensemblé de tous les moyens et les façons de faire qui viennent d'être décrits qui permet d'obtenir la précision désirée dans l'accostage des extrémités de tubes avec positionnement précis du canon et dans la constitution rapide d'une zone annulaire sous vide s'étendant de part et d'autre de la paroi tubulaire, permettant ainsi une opération rapide de sou dage, facteur essentiel dans cette technique de soudage, notamment lorsqu'il s'agit d'une canalisation immergée, où le coût opérationnel est particulierement élevé. Les caractéristiques et avantages de 1 invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en élévation partiellement en coupe d'une installation selon l'invention ; - - la figure 2 est une vue a échelle agrandie en coupe d'une partie de l'ins tallation selon la figure 1 ; - la figure 3 est une demi vue en coupe d'une partie de l'installation en position de soudage ; - la figure 4 est une vue de dessus du poste de transfert ; - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un moyen de centrage~d'extrémité de tube. ; - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe axiale et transversale d'un corps d'étanchéité et de centrage ;; - les figures 8, 9, 10 et Il sont des vues schématiques en élévation montrant les différentes phases du processus opératoire ; - la figure 12 est une vue schématique partielle d'une variante de réalisation. En se référant aux figures 1 et 2, une installation de pose d'une canalisation sous-marine comprend, sur une plate-forme flottante 1, un poste de transfert 2 de tronçons de tubes 3 et un poste de soudage proprement dit 4. Le poste de transfert 2 comprend essentiellement un moyen de supportage sous forme d'un barillet 5 monté sur un bâti 6 lui#éme reposant sur un plancher 7. Le barillet 5 comporte trois jeux de consoles-supports 8-9 8'-9' ; 8"-9", toutes décalées d'un même angle entre elles. Le jeu de consoles 8"-9" est situé dans la position de chargement et un tronçon de tube 3" recouvert d'un revêtement de béton 10 est déplacé par une grue non représentés, de façon à s'engager dans les mâchoires décrites plus loin des consolessupports 8"-9". Ensuite le tube 3" est amené en position axiale et transversale correcte par l'effet de centrage d'un plot de centrage inférieur 11 porté par un corps de butée 12 d'une part, et d'autre part un plot supérieur 13 porté par un corps de butée 14. Les plots de centrage 11 et 13 ont une partie terminale ayant une forme tronconique de façon à s'engager dans l'évi- datent d'un tube 3". En se référant å la figure 5, onvoit quaun tel plot de centrage 11 - (13) est constitué d'une masse métallique incorporant un vérin axial 15, dont une tige 16 est fixée à articulation sur des bras 17 errsrmemes portant des poussoirs 18 à galets 19 coulissant dans des guidages 20. On comprend que si le vérin 15 est actionné, la tige 16 se déplace dans la direction f qui amende les bras 17 en une position moins inclinée par rapport à un plan transversal, en sorte que les poussoirs 18 à galets 19 viennent s'appliquer contre la paroi interne de chaque tube 3". Comme e le corps métalli- que formant le plot 11 (13) est lui~même en position axiale fixe par rapport au bâti de l'installation, la partie terminale 22 du tube 3" prend ipso-facto une position transversale correcte, la position axiale étant réglée par la butée 12. Une fois cette position correcte obtenue, on assure le maintien en position des consoles-supports 8"-9". En se référant la figure 4, ont.voit que chaque conaole-support 8"-9" (8'-9') (8-9) est formée d'un cadre triangulaire 25 avec un côté 25' pivotant pour permettre l'introduction d'un tube 3" ; chaque cadre 25 porte des vérins 26 - 27 et 28 avec des poussoirs 29 30 et 31 qui sont répartis régulièrement autour d'un tube 3" et qui viennent ensuite s'appuyer sur la face externe de celui-ci.En pratique, le centrage des extrémités 22 de tubes 3 est effectué avec les vérins 26 - 27 et 28 alimentés à partir d'une source de fluide ayant une pression relativement faible, en sorte que les poussoirs 29 - 30 et 31 suivent les déplacements des parties terminales 22 du tube 3" provoqués par les plots de centrage Il et 13, sans euxnnêmes assurer sur le tube 3" aucun effort de déplacement. Une fois que la position correcte est obtenue par les plots de centrage 11 et 13, les vérins 26 - 27 et 28 sont alimentés séparément par des sources individuelles de fluide qui assurent une montée en pression élevée, synchronisée pour les différents vérins 26 - 27 et 28, de sorte qu'un effet de blocage est obtenu par l'action conjuguée des trois poussoirs 29 - 30 et 31. La rotation de 1200 do barillet 5 permet de faire passer le tube 3" de la position de chargement (en 3")au poste d'usinage (tube en 3'), position dans laquelle on assure une élaboration de faces frontales du tube 3' rigoureusement perpendiculaires à l'axe théorique du tube tel qu'il a été défini, en position 3", par les plots de centrage 11 et 13 et maintenu par les consoles supports 8" - 9". Une nouvelle rotation du barillet de 1200 transfere le tube 3' du poste d'usinage au poste de soudage, où ce tube est représenté en 3. En dessous du barillet 5, et coaxialement au tube 3 dans la position de soudage, est agencé un dispositif de soudage proprement dit, qui comporte essentiellement une chambre annulaire de soudage 30 destinée à être maintenue sous vide par des pompes primaire 30' et secondaire 30", cette chambre présentant une double paroi supérieure 31 et 32 raccordées par des entretoises de raidissement 33, de façon à former au niveau de la face de la paroi 31 et de la paroi 32 deux plans de référence pour la position de soudage définie ci-apràs L'enceinte de soudage 30 est montée à coulissement par des galets 34 le long de glissieres verticales 35 et 36 solidaires du bâti, Cette chambre annulaire 30 de soudage incorpore au moins un canon de soudage à faisceau électronique 40 monté à coulissement sur un rail circulaire 41, lui-même supporté par la paroi rigide 31.De part et d'autre de l'axe du canon à électrons 40 sont montés des boyaux gonflables 42-42' et 43-43' qui ont une forme annulaire et qui, dans la position gonflée, viennent s'appuyer sur la partie terminale externe, dénuée de béton,du tube 3 pour former joints d'étanchéité en étant supportés par des plaques rétractables et, dans la~ position rétractée, viennent dégager largement la zone axiale pour permettre le passage du tube avec son enrobage de béton. de tronçons En variante, les joints 42-42' et 43-43' sont constitués/de boyaux placés dans plusieurs secteurs de forme circulaire, qui sont déplaçables radialement de façon à, dans la position écartée de l'axe, assurer un bon dégagement de la zone axiale. Dans la position de soudage telle que représentée à la figure 3, on a placé à l'intérieur des tubes à souder 3 un corps de centrage 50 qui comporte trois gorges circulaires 51, 52 et 53, l'une 51 au niveau du joint à souder, les deux autres 52 et 53 entre deux boyaux gonflables formant joints respectivement 56 et 57 d'un part, 58 et 59 d'autre part, ces gorges 51, 52 et 53 sont raccordées par une série de canalisation 54 et 55 à des Couronnes respectives 54' et 55' reliées à des moyens de pompage 74 et 75 respectivement. En dessous de la chambre de soudage 4 est agencé le dispositif de maintien en position 60 de tête de canalisation 61 qui est constitué de façon similaire au dispositif console-support 8-9 du barillet 5. On détaille maintenant le processus opératoire en se référant plus particulierement aux figures8 à 11. A la figure 8, un tube à souder 3 a été placé en alignement avec la partie terminale 61 de la canalisation en cours d'élaboration. Les joints rétractables 42-42', 43-43' solidaires de la chambre de soudage 30, et 56, 57,58, 59, solidaires du corps de centrage 50 sont en position rétractée et une vanne annulaire 46 est en position fermée, isolant ainsi la chambre à vide 30 de l'atmosphàre extérieure. On assure d'abord un centrage correct de l'extrémité supérieure 51 de la partie terminale 61 de la canalisation en cours d'élaboration par l'action d'un plot de centrage 70 qui est analogue aux plots 11 et 13 décrits précédemment, mais qui présente la #articula- rité d'être monté sur un support décalable latéralement, par exemple par rotation.Une fois l'effet de centrage obtenu, le dispositif de maintien en position 60 analogue au dispositif décrit précédemment en référence à la figure 4 est mis sous pression et le plot 70 est dégagé et écarté latéralement. Âpres quoi, la chambre à vide 30 est montée par coulissement le long du bâti 35 jusqu a ce que la face supérieure de paroi 32 vienne en butée contre la face inférieure de référence de la console-support 9, sur laquelle la chambre est verrouillée (voir figure 9). Dans cette position, le corps d'étanchéité et de centrage 50 vient également se placer en position axiale correcte par rapport au tube supérieur 3.Une fois dans cette position, le corps d'étanchéité et de centrage 50 est actionné de façon que le jeu supérieur de poussoirs 71 vienne sous l'action du vérin 72 et des bras 73 en appui contre intérieur la face interne du tube 3 assurant un centrage/correct de l'extrémité du tube 3.L'ensemble consoles-supports 8 et 9, tube 3, chambre 30 et corps de centrage 50 forme alors un bloc rigide qui est descendu le long des glissià- res 76 du barillet 5 jusqu a ce que le tube à souder 3 vienne en appui sur le bord 51 de la partie terminale 61 de la canalisation en cours d'élaboration (figure 10). Âpres avoir balayé la zone de joint extérieure à la chambre 30 par de l'air sec et deshuilé, on gonfle les boyaux 42-42', 43-43', 56, 57, 58, 59 et l'on assure le pompage intérieur par mise en route des pompes 74 et 75 et le pompage extérieur par ouverture de la vanne 46, ce qui assure un vidage immédiat grâce à l'effet tampon de la chambre 30. Le soudage peut alors être opéré par déplacement du ou des canons 40 le long du rail 41. Âpres quoi, on ferme la vanne 46 et l'on rétracte les joints 42-42', 43-43', 56, 57, 58, 59 permettant la descente d'une longueur de tube 3, en sorte qu'on se retrouve dans la position représentée à la figure 3. Au lieu d'utiliser un barillet à trois consoles-supports comme décrit, on peut se contenter d'un barillet à deux consoles-supports, le poste d'usinage étant situé au niveau et au dessus du poste de soudage et étant constitué d'un outil rotatif 80 monté sur un bras oscillant 81 porté par un support 82 à moteur 83, le support 82 étant lui-même animé d'un mouvement de va-et-vient selon la fleche F. Application au transport de fluides notamment gaz, pétrole. REVENDICATIONS 1. - Installation de pose d'une canalisation formée de tronçons de tube soudés bout à bout, comportant une plateforme rigide, caractérisée en ce qu'elle comporte - un poste de transfert ayant une pluralité de dispositifs de maintien en position de la partie terminale de tube, solidaires d'un bâti rigide fixé à ladite plateforme, l'un des dits moyens de maintien en position étant situé à un niveau inférieur et coopérant avec une partie terminale de ladite canalisation en cours d'élaboration, au moins un autre moyen de maintien en position, à un niveau intermédiaire étant agencé selon un axe parallèle ou confondu avec l'axe dudit premier moyen de maintien en posi tion et étant porté par un moyen de supportage adapté à se déplacer trans versalement audit axe et selon ledit axe ;; - un poste de soudage ayant une chambre annulaire sous vide disposée coaxia lement par rapport audit moyen de maintien en position inférieur, ladite chambre annulaire incorporant des moyens de supportage annulaire pour un canon électrons, la chambre étant déplaçable selon l'axe ; - un corps d'étanchéité adapté à se déplacer dans un tube à souder selon l'axe du moyen de maintien en position, ledit corps d'étanchéité étant pourvu de gorges annulaires associées à des boyaux gonflables d'étanchéité raccordés à des moyens de pompage et gonflage. 2. - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un moyen de maintien en position de la partie terminale d'un tube est associé à un moyen de centrage en position correcte de l'extrémité d'un tron çon de tube. 3. - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen de centrage est un doigt de centrage de diamètre inférieur au diamètre intérieur d'un tronçon de tube, ayant une partie terminale tronconique et équipé de moyens de poussoirs latéraux sur une face cylindrique. 4. - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que qu'un moyen de maintien en position comporte une pluralité de poussoirs à axes radiaux par rapport à l'axe d'un tube et répartis angulairement autour dudit tube, chaque poussoir étant solidaire d'une tige de vérin. 5. - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les autres moyens de maintien en position sont montés sur un moyen de supportage en forme de barillet dont l'axe est parallele à l'axe du premier moyen de maintien en position, ledit barillet comportant au moins deux jeux de moyens de maintien en position d'un tronçon de tubes, décalés angulairement, l'un pour la réception d'un tronçon de tube, l'autre pour le position nuent au poste de soudage. 6. - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps d'étanchéité forme également corps de centrage intérieur pour deux tubes et est équipé à cet effet de deux jeux de poussoirs, de part et d'autre des gorges annulaires, adaptés à venir prendre appui au voisinage immédiat des extrémités internes de l'un et l'autre tubes à souder. 7. - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un autre moyen de maintien en position situé à un niveau supérieur. 8. - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le barillet comporte trois jeux de moyens de maintien en position d'un tro# çon de tube, le troisième jeu servant à positionner un tronçon de tube à un poste d'usinage d'extrémités de tubes. 9. - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le barillet présente seulement deux jeux de moyens de maintien en position et en ce qu'un dispositif d'usinage des extrémités de tubes est agencé entre le niveau inférieur et le niveau intermédiaire, au-dessus du poste de soudage. 10. - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de maintien en position sont montés à coulissement axial sur le barillet. 11. - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre annulaire à vide porte du côté d'une paroi coaxiale intérieure des boyaux d'étanchéité gonflables adaptés chacun à s'expanser radialement vers l'intérieur. 12. - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque moyen d'étanchéité gonflable est formé de plusieurs secteurs de boyau associés à des moyens de déplacement radial. 13. - Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'un boyau est un anneau d'un seul tenant et est associé à une plaque de soutien annulaire. 14. - Procédé de soudage de tronçons de tubes bout à bout pour former une canalisation mettant en oeuvre l'installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte les phases sui vantes a) la chambre à vide étant en position basse, on règle et on maintient en position selon un axe la partie terminale de la canalisation en cours d'élaboration ; b) on maintient en alignement axial avec ladite partie terminale et à écarte ment un tronçon de tube destiné à être soudé ; c) on usine, le cas échéant avant ou apres l'opération b), les extrémités des tubes à souder pour obtenir une face frontale rigoureusement perpendicu laire à l'axe. d) on déplace vers le haut la chambre annulaire à vide jusqu'à venir en butée de positionnement par rapport à l'extrémité du tube à souder. e) on introduit par le tronçon de tube à souder un corps d'étanchéité que l'on solidarise en position de soudage avec ledit tube et l'on fait subir à l'ensemble : tronçon de tube, chambre à vide et corps d'étanchéité, un mouvement descendant jusqu a venir appliquer-l1extrémité inférieure dudit tronçon de tube en appui contre l'extrémité de ladite canalisation ; f) on gonfle les moyens d'étanchéité à expansion radiale et l'on met en com munication la zone de soudage avec les moyens de pompage et/ou ladite cham bre à vide préalablement isolée de l'extérieur ; g) on procède à l'opération de soudage par rotation du canon à électrons.