Brevet FR2488823A1 — publié le 19820226

L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un grand nombre de cordons de soudure en forme de contours indépendants écartés les uns des autres et s'applique notamment au soudage en continu d'une série de tu- bes sur une plaque tubulaire. Pour le soudage de tubes sur une plaque tubulaire, en particulier potr la réalisation d'échangeurs de chaleur constitués d'un grand nombre de tu- bes dont les extrémités s'engagent dans des orifices percés dans une pla- que tubulaire, on utilise généralement une tète de soudage automatique com- portant une torche et des moyens de déplacement de la torche suivant plu- sieurs directions pour lui permettre de suivre l'un après l'autre chaque contour à souder. Il existe différents systèmes de soudure, mais, le plus souvent, la phase automatique du procédé est limitée au soudage d'un contour isolé. Un opérateur doit donc déposer la tête de soudage sur le tube à souder et pla- cer la torche sur le point de départ du premier cordon, puis amorcer l'art, la soudure étant ensuite réalisée par déplacement automatique de la torche le-long du contour à souder. A la fin de la soudure, il est habituel de dé- passer le point de départ pour effectuer un recouvrement. L'opérateur arr'e- te alors la torche et coupe l'arc puis met en place la tête de soudage sur le tube suivant. Ainsi l'opérateur doit intervenir à la fin de la soudure de chaque cordon pour placer la tete & soudage sur le tube suivant et posi- tionner la torche au point de départ du nouveau cordon à souder. Cette opé- ration est minutieuse et longue. D'autre part lors de l'exécution de chaque cordon l'arc doit 'tre amorcée puis coupé en fin de cordon. Ces phases transitoires sont difficiles à contrôler et peuvent entratner des défauts locaux, protubérances dues au flash d'amorçage ou micro-antères lors de l'extinction de l'arc. On connatt également un procédé de soudage en continu qui consiste à placer sur tous les tubes des bouchons permettant d'effectuer simplement des passes droites de soudure sur l'ensemble de la plaque, les tubes étant ensuite réalésés. Ce procédé augmente considérablement la longueur des cor- dons de soudure et nécessite ensuite un usinage. L'invention a pour objet un nouveau procédé de soudure permettant de remédier à ces inconvénients en réalisant la soudure en continu et d'une façon automatique. Selon l'invention, après avoir effectué de façon connue l'amorçage de l'arc et la mise en position de la torche sur le premier contour à sou- der puis réalisé le premier cordon de soudure, on diminue l'intensité de la torche pour effectuer un évanouissement partiel de l'arc de façon telle que celui-ci reste amorcé sans fusion de la pièce puis on commande un déplace- ment de la torche jusqu'à une position de départ sur un deuxième contour à souder, on effectue E ce point une préfusion statique en commandant le re- tour à l'intensité de soudage, on réalise le deuxième cordon de soudure en suivant le deuxième contour à souder, on diminue alors l'intensité de la torche pour réaliser unniuvel évanouissement partiel de l'arc, on commande un nouveau déplacement de la torche jusqu'à un point de départ sur un troi- sième contour à souder, on effectue en ce point une profusion statique en revenant à l'intensité de soudage puis on réalise le troisième cordon et ainsi de suite, le transfert d'un contour à l'autre et le réglage des para- mètres de soudure étant effectuésautomatiquement jusqu'à réalisation du dernier cordon, l'arc étant alors coupé. Dans un mode de réalisation particulier, les cordons à souder ayant la forme de contours fermés, après avoir mis en place la torche sur le point de départ d'un cordon et effectué une préfusion statique, on réali- se le cordon en suivant le contour et, après avoir dépassé le Foint de dé- part pour réaliser un recouvrement, on diminue l'intensité de l'arc puis, l'arc étant partiellement évanoui, on continue alors à suivre une partie du contour au-dessus du cordon déja réalisé jusqu'à un point d'o l'on commande le déplacement de la torche vers le cordon suivant. Pour la soudure sur une plaque tubulaire d'une pluralité de tubes dont les exteimités sont alignées suivant plusieurs rangées parallèles, on place la torche sur le c8té et sur l'axe de la première rangée, on amorce l'arc et on déplace la torche le long de l'axe jusqu'à un point Al placé sur le contour du premier tube à souder et, après avoir effectué une préfu- sion statique en ce point Al, on réalise le cordon en suivant tout le con- tour et en dépassant le point Al jusqu'à un point BI o l'on diminue l'in- l' arc tensité pour évanouir partiellement,/on déplace alors la torche dont l'arc est partiellement évanoui en suivant le contour jusqu'à un point Cl diamé- tralement opposé à Ai, puis le long de l'axe de la rangée jusqu'à un point A2 placé sur le contour du second tube de la rangée, on effectue de la me- me façon la soudure du second tube jusqu'à un point B2, on déplace la tor- che, arc partiellement évanoui, jusqu'à un point C2 sur l'axe de larangée puis, le long de l'axe, jusqu'au troisième tube et ainsi de suite jusqu'au dernier tube (n) de la première rangée et l'on déplace la torche, arc par- tiellement évanoui,le long du cordon effectué jusqu'à un point C d'o l'on commande le déplacement de la torche sur l'axe de la seconde rangée puis le le long de cet axe, jusqu'à un point A'1 placé sur le tube extrême de ladite seconde rangéeet l'on effectue de la même façon la soudure des tubes de la seconde rangée et ainsi de suite pour les rangées suivantes. De façon préférentielle, les déplacements automatiques de la torche et le réglage des paramètres de la soudure seront effectués au moyen d'une installation à commande numérique ou micro processeurs. L'invention va maintenant 9tre décrite avec plus de détails en se ré- férant aux dessins annexés qui concernent, à titre d'exemple, le soudage d'une série de tubes sur une plaque tubulaire. La figure 1 représente schématiquement l'ensemble de l'installation utilisée pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 2 représente schématiquement, en vue de dessus, le trajet de la torche pour la soudure d'une série de tubes. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une partie d'une pla- que tubulaire 1 sur laquelle doivent tre soudées les extrémités de tubes , au moyen d'une tête de soudage 2 munie d'une torche 3. La tête de soudage 2 peut se déplacer de façon connue sur un support 4 suivant au moins trois directions x, y, z. D'autre part, la t9te de soudage 2 est reliée à un poste de soudure 5 qui alimente la torche en courant de soudage, gaz de protection, et flui- de réfrigérant. Ce poste de soudure 5 assure d'autre part les fonctions d'amorçage et de coupure d'arc et, d'une façon générale, peut régler les paramètres de soudage et notamment l'intensité de l'arc. De préférence, le poste de soudage sera du type T.I.G. utilisé pour la soudure des plaques tubulaires car la zone de fusion est très localisée et très stable. La machine de positionnement 4 de la tête de soudure 2 est contr8lée par commande numérique par un appareillage 6 qui commande le déplacement de la torche suivant au moins deux axes asservis en contournage pour la réa- lisation d'une trajectoire plane. Un troisième axe peut etre ajouté pour le contr8le en continu de l'intensité du courant de soudage. D'autre part, l'appareillage 6 permet également de piloter par pro- gramme numérique le poste de soudage 5. Le soudage des différents tubes se déroule, selon l'invention, de la façon représentée schématiquement sur la figure 2. Lastorche 3 est placée par un opérateur en un point 0 sur lec8té de la plaque tubulaire, à proxi- mité du premier tube TI de la première rangée et sur l'axe de celle-ci. La tete de soudage se déplace alors jusqu'à ce que la torche soit au-dessus d'un point Al sur le contour à souder du tube Tl. L'arc est a- lors amorcé en Al à moins qu'il ne l'ait déjà été en 0, et, au point Al, on effectue une profusion statique temporisée à l'intensité de soudage. On passe alors à la phase de soudage numérique en suivant tout le contour à souder du tube Tl, on revient au point Al et, de façon connue, on effectue un recouvrement en dépassant le point Al jusqu'm Bl. En ce point le poste de soudure 5, piloté par la commande numérique 6, commande un évanouissement partiel de l'arc. Il est ainsi possible, sans détériorer le cordon déja réalisé de passer au-dessus de celui-ci en commandant le déplacement de la torche jusqu'au point Cl diamétralement opposé au point Al. L'arc étant toujours évanoui la torche se déplace alors le long de l'axe de la rangée de tubes, jusqu'au point A2.placé sur le tube suivant T2. Ce déplacement-peut laisser une trace sur la plaque tubulaire mais ce- ci n'a pas d'inconvénients, l'arc étant partiellement évanoui. En ce point A2, le poste de soudure 5 piloté par l'appareillage fixe commande de nouveau une préfusion statique à l'intensité de soudage et la torche se déplace alors suivant le contour du tube T2 de façon à réaliser le second cordon de soudure jusqu'à un point B2 situé légèrement au-delà de A2. De la méme façon que précédemment, l'intensité de soudure est tédui- te en ce point pour effectuer un évanouissement partiel de l'arc et la tor- che se déplace au-dessus du cordon réalisé jusqu'en C2, puis, de ce point, le long de l'axe de la rangée jusqu'en A3 sur le tube T3. On effectue ainsi l'un après l'autre la soudure des tubes de la première rangée jusqu'au der- nier tube Tn. L'arc ayant été évanoui, comme précédemment, en Bn,on suit le cordon déjà réalisé jusqu'à un point Cn d'o l'on se déplace pour passer sur l'axe de la deuxième rangée, l'arc étant évanoui. On suit alors cet axe pour arri- ver en A'l sur le premier tube T'U de la seconde rangée. On effectue en ce point une profusion statique temporisée puis on réalise le cordon de soudu- re jusqu'en B'1. On évanouit dors l'arc, on passe ainsi jusqu'en C'l puis en A'2 sur le tube suivant. On continue ainsi à réaliser l'un après l'autre tous les tubes de la seconde rangée et on passe alors, de la même façon que précédemment sur la troisième rangée. Toutes les rangées ayant été effectuées successivement de cette façon, on réalise, après la soudure du dernier tube de la dernière rangée, un éva- nouissement total et une coupure de l'arc. On constate que, en utilisant un appareillage classique de soudure au- tomatique, on a pu, gr9ce au procédé selon l'invention, réaliser automati- quement et en continu la soudure de tous les tubes, l'opérateur n'ayant à intervenir qu'au début et à la fin du travail. Les paramètres de soudage étant entièrement pilotés par la commande numérique il est possible de travailler avec un poste de soudage T.I.G. standard. De plus, ce pilotage numérique des paramètres de soudage et de la tra- jectoire permet de les moduler pour optimiser les caractéristiques du cor- don. Les mouvements étant assurés par les chaînes cinématiques classiques de la machine outil, on évite les inconvénients des tâtes miniaturisées, en particulier jeu mécanique et manque de rigidité. En outre, la douceur des motorisations et le cycle de soudage sans rupture totale d'arc permet- tent de réaliser des cordons très réguliers. Normalement, ce procédé de soudage ne s'applique que dans les cas o la torche est perpendiculaire au plan de soudage. Cependant, il serait pos- sible, dans le cas de soudage avec électrodes inclinées par rapport au plan de soudage ou avec fil d'apport, d'adjoindre entre la machine et la torche une tete motorisée qui assurerait les mouvements complémentaires. D'une façon générale d'ailleurs, l'invention ne se limite pas aux dé- tails du mode de réalisation qui vient d'être décrit. En particulier, pour améliorer la cadence de travail il serait possi- ble d'utiliser plusieurs torches de soudage mises en mouvement par la meme cinématique puisque, dans le cas du soudage d'une plaque tubulaire, les soudures à réaliser sont répétitives et identiques. De mime, dans le cas de pièces présentant des irrégularités géométriques au niveau de l'assem- blage à souder, on pourrait adjoindre à lînstallation un dispositif connu de palpage ou de correction de la trajectoire de la torche. Un tel disposi- tif permettrait de réaliser des soudures le long de contours indépendants qui ne seraient pas parfaitement identiques. D'ailleurs, si l'invention est particulièrement adaptée au soudage des plaques tubulaires, on peut aussi l'utiliser dans d'autres applications chaque fois qu'il ya lieu de réaliser un grand nombre de cordons de soudure sur des contours indépen- dants les uns des autres, ces contours pouvant ne pas être fermés. En effet, le cycle de soudage qui a été décrit est le mieux adapté à la soudure de plusieurs rangées de contours circulaires mais d'autres séquences pourraient etre utilisées en modifiant le trajet qui permet à la torche de passer suc- cessivement au-dessus de tous les contours à souder. De meme, en restant dans le cadre de l'invention on pourrait modifier la position des points caractéristiques, points d'amorçage initial, points de prêfusion statique, points de fin de recouvrement et de début d'évanouissement, points de dé- but et de fin de transfert. REVENDICATIONS 1) Procédé de réalisation d'un grand nombre de cordons de soudure en forme de contours indépendants écartés les uns des autres au moyen d'une tete de soudage automatique comportant une torche et des moyens de déplace- ment de la torche suivant plusieurs directions permettant à cette dernière de suivre chaque contour l'un après l'autre, caractérisé par le fait qu'a- près avoir effectué de façon connue l'amorçage de l'arc et la mise en posi- tion de la torche sur le premier contour à souder puis réalisé le premier cordon de soudure, on diminue l'intensité de la torche pour effectuer un évanouissement partiel de l'arc, puis l'on commande un déplacement de la torche jusqu'à une position de départ sur un deuxième contour à souder, on effectue en ce point une préfusion statique temporisée en commandant le re- tour à l'intensité de soudage, on réalise le deuxième cordon de soudure en suivant le deuxième contour à souder, on diminue alors l'intensité de la torche pour réaliser un nouvel évanouissement partiel de l'arc, on comman- de un nouveau déplacement dela torche jusqu'à un point de départ sur un troisième contour à souder, puis on réalise le troisième contour et ainsi de suite, le transfert d'un contour à l'autre et le réglage des paramètres de soudure étant effectué automatiquement jusqu'à réalisation du dernier cordon, l'arc étant alors coupé. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les cordons à souder ayant la forme de contours fermés, après avoir mis en pla- ce la torche sur le point de départ d'un cordon et effectué une préfusion statique temporisée, on réalise le cordon en suivant le contour et, à la fin du cordon et après avoir dépassé le point de départ pour réaliser un recouvrement>on diminue l'intensité de l'arc puis l'arc étant partiellement évanoui on continue alors à suivre une partie du contour, au-dessus du cor- don déjà réalisé, jusqu'à un point d'o l'on commande le déplacement de la torche vers le cordon suivant. 3) Procédé, selon l'une des revendications 1 et 2, de soudure sur une plaque tubulaire d'une pluralité de tube dont les extrémités sont alignées en plusieurs rangées parallèles, caractérisé par le fait que l'on place la torche sur le c8té et sur l'axe de la première rangée, que l'on amorce l'arc et que l'on déplace la torche le long de l'axe jusqu'à un point A1 placé sur le contour du premier tube à souderg qu;après avoir effectué une pré- fusion statique temporisée en ce point A,, on réalise le cordon en sui- vant tout le contour et en dépassant le point AI, jusqu'à un point B4 o l'on diminue l'intensité pour évanouir l'arc, qu'on déplace alors l-a torche dont l'arc est évanoui en suivant le contour jusqu'à un point C1 diamétra- lement opposé à A4 puis le long de l'axe de la rangée jusqu'à un point A2 placé sur le cnntour du second tube de la rangée, qu'on effectue de la mê- me façon la soudure jusqu'à un point B2, qu'on déplace la torche, l'arc étant évanoui jusqu'à un point C3sur l'axe de la rangée et ainsi de suite jusqu'au dernier tube Tn de la première rangée o l'on déplace la torche arc évanoui, le long du cordon effectué jusqu'à un point Cn do l'on com- mande le déplacement de la torche sur l'axe de la seconde rangée, puis le long de cet axe jusqu'à un point A'1 placé sur le tube extérieur de la se- conde rangée et que l'on effectue de la même façon la soudure des tubes de la seconde rangée et ainsi de suite pour les rangées suivantes. 4) Procédé de soudage selon l'une des revendications précédentes ca- ractérisé par le fait que les déplacements automaiques de la torche et le réglage des-paramètres de soudure sont commandés numériquement.