Brevet FR2462960A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne les machines à souder des tubes bout à bout par résistance lors de la pose de pipe- lines destinés au transport de pétrole et de gaz. L'invention concerne plus particulièrement les sou- deuses à installer à l'intérieur des tubes à souder bout à bout par résistance. Les machines à souder bout à bout par résistance trouvent un champ d'application de plus en plus large, sur- tout lors du soudage de pipe-lines constitués de tubes de pe- tit diamètre (environ 500 mm) ou de moyen diamètre (jusqu'à 900 mm). Le soudage de tubes de grand diamètre (plus de 90Qmm) à l'aide de machines à souder bout à bout pose des problèmes du fait de la difficulté d'obtenir un centrage précis des tu- bes à souder. Ceci s'explique par le fait qu'avec l'augmenta- tion du diamètre des tubes on voit naturellement crottre leur poids et les tolérances concernant aussi bien leur diamètre intérieur que la conicité de leur surface intérieure. On sait que pour garantir un centrage sûr la soudeu- se doit tout d'abord avoir une bonne rigidité et, ensuite, doit bien serrer les bouts des tubes à souder. A son tour, pour bien serrer les tubes, la soudeuse doit saisir le tube sur une longueur (base) telle que le poids du bout libre du tube ne compromette pas la précision du centrage des tubes à souder. Pour souder des tubes de grand diamètre, on utilise le plus souvent des machines à souder bout à bout munies d'un mécanisme de serrage conique à centrage automatique (voir par exemple le Certificat d'Auteur de l'URSS N0 351 423). Cepen- dant, lorsque l'on emploie de tels mécanismes de serrage, les tubes ou plutôt les bouts à souder doivent satisfaire à des conditions rigoureuses afin d'assurer un bon centrage. L'emploi d'autres machines connues à souder bout à bout (voir par exemple le Certificat d'Auteur de l'URSS No 292 743) donne lieu à des phénomènes négatifs qui consistent en ce que la pression du fluide moteur ne sert qu'à commander, par l'intermédiaire de tiges de vérins, les mécanismes de ser- rage, alors que la-réaction est reprise par les corps fixes de ces vérins. On connaXt une machine à souder bout à bout par ré- sistance (Certificat d'Auteur de l'URSS N0 326 031) qui com- prend une tige porteuse supportant des mécanismes de serrage expansibles fixe et mobile servant à fixer les tubes à souder au moyen de sabots d'amenée de courant et de serrage, et un mécanisme de rapprochement des tubes à souder pendant la fu- sion et l'écrasement. Les mécanismes de serrage expansibles sont des vérins hydrauliques rotatifs à pales rotatives multi- ples, ces dernières étant reliées rigidement, en alternance, à deux bagues rotatives profilées agissant par l'intermédiaire de galets sur les sabots d'amenée de courant et de serrage. Bien que, dans la machine qui-vient d'être décrite, les sabots de serrage et d'amenée de courant de chacun des mécanismes expansibles soient situés à une distance considéra- ble l'un de l'autre et qu'ils assurent le serrage du bout de tube sur une grande longueur (base), l'emploi de cette machine est quelque peu compliqué pour le soudage de tubes de grand diamètre. Déjà, la présence d'un vérin rotatif rend plus com- pliquée et plus lourde la structure de la soudeuse. D'autre part, la conicité de la surface intérieure fréquente dans les tubes de grand diamètre fait que les sabots ne serrent pas le tube par toute leur surface utile, ce qui nuit à la fiabi- lité du serrage du bout du tube et, en fin de compte, sur la qualité du soudage. De plus, les galets en contact avec les bagues profilées subissent des charges concentrées beaucoup plus grandes aux endroits situés sur la même verticale que le point d'application de l'effort maximal au sabot, d'o la des- truction du galet. L'invention vise à mettre au point une machine à souder bout à bout par résistance qui soit simple du point de vue de la conception et qui puisse assurer un serrage sûr et le centrage des tubes à souder en appliquant aux sabots une charge uniforme suivant la génératrice de la surface intérieu- re des bouts serrés des tubes à souder. Le problème posé est résolu en ce que, dans une ma- chine à souder des tubes bout à bout par résistance compor- tant une tige porteuse supportant des mécanismes expansibles à galets fixe et mobile servant à fixer les tubes à souder au moyen de sabots d'amenée de courant et de serrage, ainsi qu'un mécanisme servant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile au cours de la fusion et de l'écrasement, selon l'in- vention, chacun des mécanismes expansibles à galets est doté d'au moins trois poutres orientées longitudinalement par rap- port à la tige porteuse,portant extérieurement, sur leurs ex- trémités, des sabots d'amenée de courant et de serrage et pré- sentant intérieurement.des chanfreins soumis à l'action des galets du mécanisme expansible correspondant, les galets des mécanismes expansibles ayant leurs axes orientés transversale- ment à l'axe de la tige porteuse, chacune des poutres du méca- nisme expansible à galets fixe ayant l'une de ses extrémités articulée sur une première extrémité de la tige porteuse avec une possibilité de mouvement radial de translation par rapport a l'axe de la tige porteuse, chacune des poutres du mécanisme expansible à galets mobile ayant une extrémité articulée sur la tige porteuse avec une possibilité de mouvement radial de translation et de mouvement axial et étant reliée au mécanisme servant au déplacement axial du mécanisme expansible à galets mobile au cours de la fusion et de l'écrasement, mécanisme qui est monté sur l'autre bout de la tige porteuse. Le fait d'avoir disposé deux sabots sur les deux bouts de chacune des poutres et d'avoir aussi relié par arti- culation un bout de chacune des poutres et la tige porteuse permet de charger uniformément chaque sabot en assurant son application complète sur la surface-intérieure du bout de tube serré. Ceci permet de réaliser un serrage sur et le centrage des tubes à souder de grand diamètre ayant une tolérance im- portante aussi bien sur le diamètre intérieur que sur la coni- cité de la surface intérieure du tube. Il est utile de relier le mécanisme expansible fixe a la tige porteuse au moyen d'un disque d'appui qu'il faut immobiliser sur le bout de la tige, chacune des poutres des mécanismes expansible fixe et mobile étant à relier respecti- vement à ce disque d'appui et au mécanisme servant au déplace- ment axial du mécanisme expansible mobile, cette liaison étant A réaliser au moyen d'une articulation comportant un coulis- seau engagé avec possibilité de glissement dans une encoche de guidage pratiquée dans le bout de la poutre etfarticulé respectivement au disque d'appui ou au mécanisme servant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile au cours de la fusion et de l'écrasement.. - - D'autres caractéristiques et avantages de l'i-nven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé, dans lequel: - la Fig. 1 représente schématiquement, en coupe axiale, une machine à souder bout à bout par résistance selon l'invention; - la Fig. 2 est une coupe prise suivant la ligne II-II de la figure 1 qui fait voir la disposition des galets sur la tige porteuse et la liaison de la plaque annulaire avec- la commande d'entraînement. La machine à souder des tubes bout à bout par résis- tance comprend une tige porteuse 1 (figure 1). Cette tige por- teuse 1 supporte des mécanismes expansibles à galets fixe 2 et mobile 3. Les mécanismes expansibles à galets fixe 2 et mobile 3 comportent respectivement des sabots d'amenée de cou- rant 4, 4' et des sabots de serrage 5, 5' servant à la6xation des tubes à souder sur la soudeuse pendant le soudage. La tige porteuse 1 supporte en outre un mécanisme 6 servant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile 3. Suivant l'invention, chacun des mécanismes expansi- bles à galets 2, 3 est doté d'au moins trois poutres 7, 7' (figure 2) orientées suivant l'axe des tubes à souder (figu- re 1). Sur les bouts des poutres 7, 7', du côté extérieur, sont disposés les sabots d'amenée de courant 4, 4' et les sa- bots de serrage 5, 5'. Le côté intérieur des bouts des poutres 7,7' est pourvu de chanfreins 8, 8'. Les chanfreins 8, 8' des poutres 7, 7' reçoivent l'action des galets 9, 9' des mé- canismes expansibles correspondants 2, 3. Lesdits galets 9, 9' des mécanismes expansibles 2, 3 ont leurs axes 10, 10' orien- tés transversalement à l'axe de la tige porteuse 1. Chacune des poutres 7 du mécanisme expansible à galets fixe 2 a l'un de ses bouts relié, à l'aide d'une articulation 11, à un bout de la tige porteuse lo L'articulation 11 permet à la poutre 7 du mécanisme expansible fixe 2 de se déplacer radialement et en translation soit pour se rapprocher soit pour s'éloigner de la surface du bout du tube à souder. Chacune des poutres 7' du mécanisme expansible à ga- lets mobile 3 a l'un de ses bouts relié, au moyen d'une arti- culation 12, à la tige porteuse 1 et au mécanisme 6 servant au déplacement axial du mécanisme expansible à galets mobile 3. Les mécanismes expansibles fixe 2 et mobile 3 possè- dent chacun un vérin hydraulique, respectivement 13 et 13'. On a rendu solidaires des tiges 15, 15' et des corps 14, 14' de ces vérins hydrauliques 13, 13', des chapes ou plaques an- nulaires 16, 16', et l'on a fixé rigidement à chacune de ces dernières au moins trois chariots 17, 17' (figure 2). Les cha- riots 17, 17' portent, montés sur des axes 18, 18t, des galets de travail 9, 9' et des galets d'appui 19, 19'. Les chariots 17, 17' entourant la tige porteuse 1 sont, par l'intermédiaire des galets 9, 9' et 19, l9', en contact avec la surface de cette dernière. Chacune des articulations 11 est constituée d'un coulisseau 21 et d'une encoche-guide 22 pratiquée dans le bout de la poutre 7. Le coulisseau 21 est articulé sur un axe 23 qui est immobilisé transversalement à l'axe de la tige porteu- se 1 dans une fente d'un disque d'appui 24. Ce disque 24 est fixé à demeure sur le bout de la tige porteuse 1. Chacune des articulations 12 est constituée d'un coulisseau 21t et d'une encoche-guide 22' pratiquée dans le bout servant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile 3. Au moins trois chariots 25 sont fixés rigidement à l'une des faces d'une chape ou plaque annulaire 26 dont l'au- tre face est solidaire d'au moins trois vérins hydrauliques 27. Les tiges 28 de ces vérins hydrauliques 27 sont en liai- son rigide avec un disque d'appui 29 installé à demeure sur le bout de la tige porteuse 1. Les chariots 25 possèdent des ga- lets 30 en contact avec la surface de la tige porteuse 1, grâ- ce à quoi est réalisée la liaison articulée du bout de la pou- tre 7' avec cette tige. - Un transformateur de soudage 31 est disposé dans l'axe de la tige porteuse 1. Les bornes du secondaire de ce transformateur sont raccordées (non représenté) aux sabots 4,4' d'amenée de courant. Les sabots 4 d'amenée de courant apparte- nant au mécanisme expansible 2 sont reliés, au moyen d'une bar- rette flexible 32, aux sabots 4' d'amenée de courant faisant partie du mécanisme expansible mobile 3. Dans le but de faire revenir les sabots 4,4' et 5, ' à la position de départ, les poutres 7, 7' sont reliées aux chariots 17, 17' au moyen de ressorts 33 de compression. La machine est dotée d'un groupe de pompage, d'une commande de déplacement avec des galets à centrage automatique et de commande (non représentés). La machine à souder fonctionne de la façon suivante. On introduit la machine à l'intérieur d'un tube 34 (figure 1) à souder jusqu'à ce que le bout dudit tube se trou- ve à égale distance entre les sabots 4 et 4'. On envoie du fluide moteur sous pression au vérin hydraulique 13 apparte- nant au mécanisme expansible 2. De ce fait, la tige 15 du vé- rin 13 se déplace dans un sens (à droite) et le corps 14 dudit vérin se déplace dans le sens opposé (à gauche). Se déplaçant en sens différents, les plaques 16 et les chariots 17 agis- sent par leurs galets de travail 9 sur les chanfreins 8 des poutres 7. Ces powtres 7 se déplacent radialement et pressent les sabots 4 et 5 contre la surface intérieure du bout du tube à souder 34. Etant donné que la poutre 7 peut effectuer des mouvements radiaux de translation et osciller dans le plan axial de la soudeuse, les sabots 4, 5 qu'elle supporte repro- duisent la surface intérieure du bout du tube 34 en s'y appli- quant d'une façon sûre et avec une charge uniforme. Le tube 34 est serré par le mécanisme expansible fixe 2. On enfile sur le bout libre de la machine à souder un autre tube à souder 35 jusqu'à faire buter le bout de ce- lui-ci contre le premier tube 34. On envoie du fluide moteur au vérin hydraulique 13' du mécanisme expansible mobile 3. Ce dernier serre le second tube à souder de la même manière que le mécanisme expansible fixe 2. On envoie du courant au transformateur de soudage 31, et on envoie du fluide moteur aux vérins hydrauliques 27 du mécanisme 6 servant au déplacement axial du mécanisme ex- pansible mobile 3. Les corps des vérins 27 et les chariots 25 qui en sont solidaires se déplacent vers le mécanisme expansi- ble fixe 2 (vers la gauche) et poussent ce dernier et le tube qu'il maintient vers le joint des tubes à souder. Sous l'action du courant, les bouts des tubes se mettent à fondre et s'échauffent. Après avoir obtenu l'échauf- fement nécessaire, on effectue un écrasement en déplaçant en- core les corps des vérins hydrauliques 27 du mécanisme 6 ser- vant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile 3. Une fois le soudage terminé, on envoie aux vérins hydrauliques 13, 13' et 27 du fluide moteur sous pression dans les cavités opposées à leurs cavités de travail. Les tiges 15, ' et 28 des vérins 13, 13' et 27 se retirent dans leurs corps, les plaques 16, 16' (les chariots) se rapprochent, et les galets 9, 9', en sortant de dessous les chanfreins 8, 8' des poutres 7, 7', libèrent celles-ci. Les sabots 4, 5 et 4', ', sollicités par les ressorts 33, s'écartent de la surface intérieure des bouts des tubes à souder. % R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Machine à souder des tubes bout à bout par ré- sistance, du type comportant une tige porteuse supportant des mécanismes expansibles à galets fixe et mobile servant à fixer les tubes à souder au moyen de sabots d'amenée de courant et de serrage, ainsi qu'un mécanisme servant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile au cours de la fusion et de l'é- crasement, caractérisée en ce que chacun des mécanismes expan- sibles à galets (2,3) est doté d'au moins trois poutres (7,7') orientées longitudinalement par rapport à la tige porteuse (1), portant extérieurement, sur leurs extrémités, des sabots d'a- menée de courant (4,4') et de serrage (5, 5') et présentant intérieurement.des chanfreins (8, 81) soumis à l'action des galets (9,9t) du mécanisme expansible correspondant, les ga- lets des mécanismes expansibles ayant leurs axes orientés trans- versalement à l'axe de la tige porteuse, chacune des poutres (7) du mécanisme expansible à galets fixe (2) ayant l'une de ses extrémités articulée sur une première extrémité de la tige porteuse (1) avec une possibilité de mouvement radial de trans- lation par rapport à l'axe de la tige porteuse, chacune des poutres (7') du mécanisme expansible à galets mobile (3) ayant une extrémité articulée sur la tige porteuse (1) avec une pos- sibilité de mouvement radial de translation et de mouvement axial et étant reliée au mécanisme (6) servant au déplacement axial du mécanisme expansible à galets mobile au cours de la fusion et de l'écrasement. 2 - Machine à souder selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte un disque d'appui (24) fixé à ladite première extrémité de la tige porteuse (1), et en ce que chacune des poutres (7, 7') des mécanismes expansibles fixe (2) et mobile (3) est reliée respectivement à ce disque d'appui (24) et au mécanisme (6) servant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile (3) lors de- la fusion et de l'écrasement, cette liaison étant réalisée au moyen d'une ar- ticulation comprenant un coulisseau (23, 23') engagé avec pos- sibilité de glissement dans une encoche (22, 22') pratiquée dans la poutre et articulé respectivement sur le disque d'ap- pui (24) et sur le mécanisme (6) servant au déplacement axial du mécanisme expansible mobile (3) au cours de la fusion et de l'écrasement.