Brevet FR2519280A1 — publié le 19830708

"MACHINE POUR LE SOUDAGE BOUT A BOUT DE DEUX TUBES PAR FAISCEAU D'ELECTRONS ET PROCEDURE DE MISE EN PLACE DE CETTE MACHINE". L'invention concerne le soudage bout à bout de deux tubes par faisceau d'électrons. Elle vise plus particulièrement, mais non exclusivement, le soudage de tubes épais et elle s'applique spécialement au soudage bout à bout d'un nouveau tronçon de conduite sur une portion de conduite sous-marine en cours de pose, ce soudage pouvant alors être effectué sur une barge de pose. Il est important de pouvoir effectuer le soudage par l'intérieur des tubes à réunir bout à bout, notamment dans le cas de tubes munis d'un revêtement extérieur. Un objet de l'invention est un appareil interne de soudage destiné à être placé à l'intérieur de deux tubes à réunir et formant une enceinte interne soumise au vide dans laquelle un canon à électrons émet un faisceau d'électrons, cet appareil comportant longitudinalement deux portions extrêmes munies l'une et L'autre de moyens commandés de jonction étanche le long d'une périphérie interne de tube, l'une de ces portions extrêmes étant pourvue de moyens commandés de serrage susceo- tibles de prendre appui sur la surface interne d'un tube et des moyens commandés externes d'étanchéité étant susceptibles de s'appliquer sur l'un et l'autre des deux tubes Dour les réunir de manière etanche et pour former avec lesdits moyens de jonction étanche ladite enceinte interne soumise au vide, et une portion intermédiaire qui est reliee auxdites portions extrêmes par des liaisons permettant une rotation relative de cette portion intermédiaire par rapport auxdites portions extrêmes et qui porte à la fois des moyens directionnels donnant une direction radiale au faisceau d'électrons émis Dar ledit canon à électrons et des butées radialement rétractables dont une face d'anpui disposée dans un plan transversal contenant ladite direction radiale est susceptible de s'appuyer sur une extrémité de tube quand ces butées se trouvent en position radialement écartée. Cet appareil interne permet de faire tourner le faisceau d'électrons exactement dans le plan de joint des deux tubes à raccorder bout à bout, soit que l'on maintienne ladite portion intermédiaire fixe et que l'on fasse tourner l'ensemble des deux tubes autour de l'axe du tube sur l'extrémité duquel on a appuyé lesdites butées, soit que l'on maintienne les deux tubes fixes et que l'on -fasse tourner ladite portion intermédiaire autour de l'axe de celle-ci défini par la position qu'elle prend lorsque lesdites butées s'appuient sur ladite extrémité de tube. Selon un autre objet de l'invention, l'appareil interne est complété par une enveloppe reliant lesdits moyens commandés externes d'etanchéité, qui forme une enceinte externe susceptible d'être mise sous vide, directement et/ou par l'intermédiaire de ladite enceinte interne soumise au vide, et qui contient un-appareil externe de soudage avec un deuxième canon à électrons dirigé radialement vers l'intérieur et canable d'effectuer un mouvement de rotation relatif par rapport à ladite enveloppe. On peut ainsi effectuer, en même temps, avec un certain décalage angulaire, d'une part un soudage interne et d'autre part un soudage externe des deux tubes à réunir bout à bout. On évite, de cette manière, la difficulté résultant , dans le cas de tubes très épais disposés horizontalement, de ce que le bain de métal en fusion aurait un ooids important et tendrait à s'effondrer si l'on effectuait le soudage en une seule passe traversant toute l'épaisseur des tubes, et cela sans allonger pratiquement le temps de soudage puisque les deux opérations sont effectuées simultanément. lesdites butées nréséntent avantageusement une face de guidage inclinée vers l'intérieur dudit appareil à l'opposé de ladite face d'aD put ) de sorte qu'après avoir servi à mettre en Dlace l'annareil relativement à l'extrémité d'un premier tube (par exemple le tube installé en premier lieu ou le dernier tube d'une conduite en cours de nose), ces butées servent à guider le deuxième tube (par exemple le tube ou tronçon de conduite à raccorder) pour le centrer exactement sur le premier tube. Un autre objet de l'invention consiste aussi à ajouter, dans ladite portion intermédiaire, un capteur qui est associé à un émetteur placé dans ladite enceinte externe en étant solidaire en rotation du deuxième canon à électrons, nour effectuer une vérification de la soudure immédiatement après la réalisation de celle-ci. Celle desdites portions extrêmes qui est pourvue de moyens de serrage est, de préférence, constituée de deux parties séparées longitudinalement : une partie de fixation portant les moyens de serrage et une partie d'orientation reliée à ladite portion intermédiaire à l'une de ses extrémités longitudinales tandis que l'autre extrémité longitudinale est reliée à ladite partie de fixation par un ensemble de vérins, au nombre de trois de préférence. Ainsi, la partie de ti- xation assure le centrage de l'appareil dans le premier tube tandis que le système de vérins permet d'appliquer lesdites butées sur l'extrémité du premier tube et oriente, de cette manière, l'axe de la portion intermédiaire perpendiculairement au plan de cette extrémité. Un développement de l'idée inventive consiste à placer le canon à électrons de l'appareil interne longitudinalement dans celle desdites portions extrêmes qui est pourvue de moyens de serrage, tandis qu'un prisme de renvoi du faisceau d'électrons est installé dans ladite portion intermédiaire pour diriger radialement le faisceau d'électrons. L'invention a aussi pour objet une procédure de mise en place consistant à amener une première portion extrême de l'appareil interne de soudage dans un premier tube, avec les butées, en position radialement écartée, venant s'appuyer sur L'extrémité de ce premier tube, à fixer dans ce premier tube cette première portion extrème au moins partiellement, à retirer radialement les butées, à mettre en place les moyens commandés externes d'étanchéité et éventuellement l'appareil externe, à amener en bout l'un de l'autre ce premier tube et un deuxième tube en utilisant éventuellement pour le guidage les butées partiellement retirées, à maintenir les tubes dans la position ainsi prise, à complètement retirer radialement les butées Si on ne l'a pas encore faitt et à rendre actifs les moyens de jonction étanche et les moyens externes d'étanchéité. D'autres particularités de l'invention résulteront de la description que l'on va donner, à titre non limitatif, d'exemnles de réalisation à l'aide du dessin joint dans lequel - la Fig. 1 est une coupe longitudinale de deux tubes à réunir, avec l'appareil interne de soudage par faisceau d'électrons ; et - la Fig. 2 est une coupe longitudinale partielle d'un appareil externe de soudage associé à l'appareil interne. Sur la Fig 1, un premier tube I doit être raccordé à un deuxième tube 2, qui apsartient, par exemple, à une conduite en cours de pose, par soudage par faisceau d'électrons. Ce soudage est effectué, dans le cas de tubes très épais, pour une partie de l'épaisseur des tubes par l'intérieur de ceux-ci et pour le reste de l'épaisseur des tubes par l'extérieur des tubes, ces deux soudages étant effectués simultanément mais avec un décalage angulaire afin que la zone en fusion ne concerne jamais toute l'énaisseur des tubes. L'appareil effectuant le soudage interne est représenté sur la Fig 1 tandis que. l'on a représenté, à nlus petite échelle, sur la Fig 2 l'appareil effectuant le soudage externe. Sur la Fig 1, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle on utiliserait le seul soudage interne, mais il ressortira clairement de la descrio- tion suivante qu'il suffit de remplacer les moyens d'étanchéité externes de la Fig 1 par l'appareil externe selon La Fig 2 pour pouvoir effectuer simultanément un soudage interne et un soudage externe. L'appareil interne de soudage représenté sur la Fig I comnrend deux portions extrêmes 3 et 4 et une portion intermédiaire 5. La portion extrême 3 comporte une partie de fixation 6 et une partie d'orientation 7 reliée à la partie 6 par un système de trois vérins à vis 8 montés sur rotules. La partie 6 peut être maintenue fermement à 1'in- térieur de la conduite I par un ensemble de vérins à vis 9 portant des mâchoires de terrage 10. La partie 7 porte une virole il munie à sa périphérie externe de joints toriques gonflables 12.Intérieurement, la partie 7 contient un canon à électrons 13 dirige axialement La portion intermédiaire 5 est reliée à la partie 7 par un roulement 14 et elle peut être entraînée en rotation Dar une roue dentée 15 montée sur la portion 5 et un pignon 16 qui engrène avec cette roue dentée et qui est entraîné car un moteur électrique 17 porté par la partie 7. A l'intérieur de la portion 5 se trouve un prisme 18 de déviation du faisceau d'électrons généré par le canon 13. Ce prisme 18, constitué de dispositifs de déflexion électromagnétiques connus en eu#mêmes, dirige le faisceau d'électrons dans une direction radiale, de sorte que la rotation de la roue dentée 15 permet au faisceau d'électrons de balayer toute la circonférence définie par l'extrémité 19 de la conduite 1 à condition que la direction radiale du faisceau d'électrons soit située dans le plan défini par cette extrémité 19. On réalise cette condition au moyen d'un ensemble de trois butées 20 rétractables radialement, dont une seule a été représentée. Ces butées 20 sont munies d'une face d'appui 21 susceptible de s'appliquer contre 1 extrémité 19. Un première des butées 20 s'applique contre I'ehtrémi- té 19 lorsqu'on introduit l'appareil interne dans le tube 1. Puis, la partie 6 est fixée dans le tube 1 par les mâchoires 10, après quoi les deux autres butées 20 sont amenées contre l'extrémité 19 par l'action des vérins 8 qui provoquent un basculement de la partie 7 par rapport à la partie 6. On maintien la partie 7 et, par suite, la Dortion intermédiaire 5 dans la position ainsi prise par verrouillage des vérins 8. On peut alors retirer radialement les butées 20. Ce retrait se fait dans l'exemple représenté en deux temps.Dans un premier temps de retrait partiel, une face de guidage inclinée 22 des butées 20 présente son extrémité extérieure sur le bord radialement interne de l'extrémi- té 19 de la conduite 2, de manière que ces butées 20 servent au guidage du tube 1 sur le tube 2 lorsqu'on rapproche ces tubes l'un de l'autre pour les amener en bout l'un de l'autre, Le mouvement de déplacement radial des butées 20 Deut être obtenu par des vérins montés sur la portion intermédiaire 5. On a supposé ici que les butées 20 étaient portées par des bras a cranS 23 engrenant avec des pignons 24 entraînés par des moteurs électriques 25. Quand l'encombrement le permet, on peut monter le canon à électrons radialement dans la portion 5 et Supprimer le prisme 18. La portion extrême 4 est reliée à la portion intermédiaire 5 par un roulement 26. Elle porte des joints toriques gonflables d'étanchéité 27. L'étanchéité-interne est ainsi réalisée entre la portion extrême 4 munie des joints 27 et la partie 7 munie des joints 12. L'étanchéité externe est réalisée dans le cas de la Fiz 1, par une enveloppe 28, ayant ici essentiellement la forme d'un tronçon tubulaires muni d'un Dare-feu annulaire 29 et de deux ensembles de joints toriques gonflables d'étanchéité 30. Cette enveloppe 28 peut se déplacer le long des tubes 1 et 2 au moyen de chariots non représentés. On n'a pas non plus représenté les moyens de maintien en tension de la conduite se terminant par le tube 2, ni les moyens de déplacement du tube 1 et de maintien de celui-ci, car ils sont classiques.On a figuré en 31 un câble d'alimentation de l'appareil interne. Ce câble comprend en fait des liaisons électriques et des liaisons pneumatiques. On a figuré en 32 une liaison d'alimentation des moyens d'étanchéité externes. Le vide est effectué dans l'enceinte délimitée par les joints 12, 27 et 30, le tube 1, le tronçon tubulaire 28, le tube 2 la portion 4 et la partie 7, au moyen d'une pomne 33 montée sur la partie 6 et reliée à l'enceinte à vide par une tuyauterie articulée 34. On a supposé qu'il s'agissait de raccorder un tube 1 à un tube 2 appartenant à une conduite et que l'ensemble tube 1 et tube 2 devait rester fixe en rotation pendant le soudage. Mais, si L'on avait à souder un tube I à un autre tube 2 qui serait libre, on pourrait aussi faire tourner l'ensemble de ces deux tubes en prévoyant un moyen de maintien en position fixe de la portion 5, par exemple une barre de maintien ou un balourd. Sur la Fig 2, l'enveloppe 28 a une section en U, ne comporte pas de pare-feu et se déplace sur un rail de guidage 35 au moyen d'un chariot non représenté. Cette enveloppe 28 délimite une enceinte externe 36 dans laquelle on a installé un deuxième canon à électrons figuré en 37 et monté dans un anneau rotatif 38 porté, nar l'intermédiaire d'un roulement 39, par un support intermédiaire fixe 40. L'entraînement en rotation de l'anneau 38 est obtenu par une roue dentée 41 engrenant avec une couronne dentée de l'anneau 38 et entraînée par un moteur électrique 42 porté par le support 40. Le support 40 est relié à un support 43 par un ensemble de trois vérine à rotules~ 44 qui permettent une certaine inclinaison relative du support 40 par rapport au support 43.Le support 43-est fixé sur le tube 2 nar un système de vérins 45 et de mâchoires de serrage 46. Lorsque les mâchoires 46 ne sont pas serrées, le support 43 est maintenu dans l'enveloppe 28 par un organe de maintien 47. Si les tubes 1 et 2 tournaient pendant le soudage, l'entraî- nement 41, 42 serait supprimé et remplacé par un moyen de maintien de la couronne 38 en position fixe. L'appareil de soudage interne et l'appareil de soudage externe utilisant des enceintes soumises au vide qui communiquent l'une avec l'autre, par les surfaces de jonction entre les tubes 1 et 2 à l'extré- mité 19 du tube 1, on peut effectuer le vide par l'intérieur des tubes, par l'extérieur de ceux-ci ou à la fois nar l'intérieur et par l'ex- térieur, une tuyauterie 51 étant prévue pour ce dernier cas. La détermination de la position de l'anneau 38 se fait au moyen de butées 48 rétractables radialement comme les butées 20, le mode de mise en position pouvant être similaire à celui décrit pour l'appareil de soudage interne. Ces butées48 Deuvent également être profilées pour servir de guide aux tubes. On peut alors utiliser pour guider les tubes, soit les butées 20, soit les butées 48, soit à la fois les butées 20 et 48. On a prévu ici d'effectuer le contrôle de la soudure sur place au moyen d'un émetteur 49 porté par l'anneau rotatif 38 et d'un capteur 50 porté par la portion intermédiaire 5 de l'appareil interne. La vitesse de rotation de l'anneau 38 et celle de la nortion inter médiaire 5 sont les mêmes. Un système de repérage de position, non représenté, permet de placer l'émetteur 49 et le capteur 50 dans des positions radialement correspondantes. Ce repérage de position sert aussi à assurer le décalage angulaire entre les deux faisceaux d'électrons, le faisceau interne et le faisceau externe, lors de l'exécution du double soudage : interne et externe. Bien entendu, on peut apporter de nombreuses modifications aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS Machine pour le soudage bout à bout de deux tubes par faisceau d'électrons comprenant un appareil interne de soudage destiné à être placé à l'intérieur de deux tubes (1, 2) à réunir et formant une enceinte interne soumise au vide (33, 34) dans laquelle un canon à électrons (13) émet un faisceau d'électrons, caractérisé en ce que l'appareil interne comporte longitudinalement deux portions extrêmes (3, 4) munies l'une et l'autre de moyens commandés (12, 27) de jonc tion étanche le long d'une périphérie interne de tube, L'une (3) de ces portions extrêmes (3, 4) étant pourvue de moyens commandés de serrage (9, 10) susceptibles de prendre apPui sur la surface interne d'un tube (1) et des moyens commandés externes d'étanchéité (30) étant susceptibles de s'appliquer sur l'un et l'autre des deux tubes (1, 2) pour les réunir (28) de manière étanche et pour former avec lesdits moyens de jonction étanche (12, 27) ladite enceinte interne soumise au vide, et une portion intermédiaire (5) qui est reliée auxdites portions extrêmes (3, 4) par des liaisons (14, 26) permettant une rotation relative de cette portion intermédiaire (5) par rapport auxdites portions extrêmes (3, 4) et qui porte à la fois des moyens directionnels (18) donnant une direction radiale au faisceau d'électrons émis par ledit canon à électrons (13) et des butées (20) radialement rétractables dont une face d'appui (21) disposée dans un plan transversal contenant ladite direction radiale est susceptible de s'appuyer sur une extrémité (19) de tube quand ces butées (20) se trouvent en position radialement écartée. - Machine selon la revendication I, caractérisée en ce que lesdits moyens commandés externes d'étanchéité - (30) sont réunis par une enveloppe (28) qui forme une enceinte externe (36) susceptible d'être mise sous vide et qui contient un appareil externe de soudage avec un deuxième canon à électrons (37) dirigé radialement vers l'intérieur et capable d'effectuer un mouvement de rotation relatif par rapport à ladite enveloppe. 3 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites butées (20) présentent une face de guidage (22) inclinée vers l'in térieur de l'appareil interne de soudage à l'opposé dJe ladite face d'appui (21). 4 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que celle (3) desdites portions extrêmes (3, 4)qui est pourvue de moyens de serrage (9, 10) est constituée de deux parties séparées longitudinalement une partie de fixation (6) portant les moyens de serrage (9, 10) et une partie d'orientation (7) reliée à ladite portion intermédiaire (5) à l'une de ses extrémités longitudinales tandis que l'autre extrémité longitndinale est reliée à ladite partie de fixation (6) par un ensemble de vérins (8) permettant une inclinaison relative. 5 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canon à électrons (13) est placé dans celle (3) desdites portions extremes (3, 4) qui est pourvue de moyens de serrage (9, 10), tandis qu'un prisme (18) de renvoi du faisceau d'électrons est installé dans ladite portion intermédiaire (5) pour diriger radialement le faisceau d'électrons. 6 - Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un émetteur de contrôle de soudure (49) est placé dans ladite enceinte externe (36) en étant solidaire en rotation du deuxième canon à électrons (37) tandis qu'un capteur (50), associé à cet émetteur (49), est placé dans ladite portion intermédaire (5) 7 - Machine selon la revendication 1,#çaractérisée en ce que ladite portion intermédiaire (5) porte une couronne dentée (15) entraînée en rotation par un moteur électrique (17) monté sur celle (3) des dites portions extrêmes (3, 4) qui est pourvue de moyens de serrage (9, 10). 8 - Procédure de mise en place de la machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on amène une première portion extrême (3) de l'appareil interne de soudage dans un premier tube (1), avec les butées (20), en position radialement écartée, venant s'appuyer sur l'extrémité (19) de ce premier tube, on fixe (9, 10) dans ce premier tube (1) cette première portion extrême (3), on retire, au moins partiellement, les butées (20), on met en place les moyens commandés externes d'étanchéité (28, 30), on amène en bout l'un de l'autre ce premier tube (1) et un deuxième tube (2) et on les y maintient, et on rend actifs les moyens commandés de jonction étanche (12, 27) et les moyens commandés externes d'étanchéité (30). 9 - Procédure selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'on retire les butées (20) en deux temps, de sorte que, dans une posi tion de retrait partiel, elles servent au guidage relatif des deux tubes (1, 2) lors de l'amenée de l'un de ceux-ci en bout de l'autre. 10 - Procédure selon la revendication 8, appliquée à une machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la mise en place des moyens commandés externes d'étanchéité (28, 30) est suivie du règlage de la position du deuxième canon à électrons (3-7) pour que le faisceau d'électrons qu'il émet se trouve dans le plan de l'extrémité (19) du premier tube (1). il - Procédure selon la revendication 8, caractérisée en ce que la mise en place de ladite première portion extrême (3) dans ledit premier tube (1) s'effectue en deux temps : on fixe d'abord une première partie (6) de cette portion extrême (3) dans ledit premier tube (1) lorsqu'une des butées (20) s'appuie sur l'extrémité (19) de ce premier tube, puis on incline, par rapport à cette première partie (6),une deuxième partie (7) de cette première portion extrême (3), qui est attachée par uen liaison rotative (14) à ladite portion intermédiaire (5), jusqu'à ce que les autres butées (20) s'appuient aussi sur ladite extrémité (19) du premier tube (1).