Brevet FR2571996A1 — publié le 19860425

"DISPOSITIF EXTERIEUR D'ABOUTAGE DE DEUX ELEMENTS TUBULAIRES EN VUE DE LEUR ASSEMBLAGE PAR SOUDAGE" La présente invention concerne un dispositif placé à l'extérieur de deux éléments tubulaires pour amener les-extrémités adjacentes de ces deux éléments tubulaires en face l'une de l'autre avant de procéder à une opéra- tion de soudage de ces extrémités l'une à l'autre. On sait que l'on peut procéder au rapprochement des deux éléments tubulaires en les saisissant respectivement- par deux sommiers réunis l'un à l'autre au moyen de vérins comme on l'a décrit, par exemple, dans le brevet français 78.33660 publié sous le na 2.443.008. Ce système est assez encombrant et suppose, par ailleurs, l'instal- lation d'un système de centrage distinct, D'autre part, si l'on prévoit une machine de soudage par faisceau d'électrons disposée à l'intérieur des élé- ments tubulaires, il faut installer à l'extérieur des éléments tubulaires et entre les sommiers de saisie de ces éléments des moyens autonomes et démon- tables de création d'une enveloppe étanche autour et à l'extérieur des élé- ments tubulaires au droit du joint formé par les extrémités des éléments tubulaires lorsqu'elles ont été amenées l'une contre l'autre. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif d'aboutage de deux éléments tubulaires qui assure à la fois le rapprochement de cesux- ci avec application d'une force très élevée et un centrage et meme la suppres- sion de l'éventuelle ovalisation de leurs extrémités. Un autre objet est de permettre, si on le désire, la mise en place automatique d'une enveloppe étanche autour des éléments tubulaires au droit du joint. Un objet de l'invention est un dispositif extérieur d'aboutage de deux éléments tubulaires en vue de leur assemblage par soudage, comprenant deux bâtis munis chacun de moyens de saisie par l'extérieur d'un des élé- ments tubulaires et reliés l'un à l'autre par des vérins d'accostage arti- culés, caractérisé en ce que ces deux bâtis sont aussi reliés l'un à l'au- tre par des couples de pièces s'emboîtant l'une dans l'autre avec interpo- sition d'un moyen élastique, tandis que lesdits moyens de saisie comprennent -2- une pluralité de mors radiaux. Ces mors permettent une saisie avec un fort serrage des éléments tubulaires tandis que ces couples de pièces à emboîtement assurent le cen- trage tout en tolérant une légàre inclinaison relative des deux bâtis du fait de l'interposition d'un moyen élastique. Cette inclinaison doit être l'inclinaison maximale pouvant exister entre deux faces planes terminales à souder de deux éléments tubulaires placés selon le même axe. Cette incli- naison maximale est généralement inférieure à 1 . Selon un autre objet de l'invention, ces mors radiaux sont dans chaque bâti disposés dans une couronne support dans laquelle chaque mors peut coulisser radialement an étant tenu par l'intermédiaire d'un coin qui peut coulisser axialement en étant lié radialement par des liaisons à rainures d'une part à la couronne et d'autre part à ce mors. Pour permettre un plus grand débattement de ces mors, un objet de l'invention consiste à diviser cette couronna support en trois mâchoires en forme de segments circulaires, dont une première mâchoire a ses extrémi- tés liées à l'extrémité adjacente respectivement de l'une et de l'autre des deux autres mâchoires, par articulation autour respectivement de deux axes d'articulation coulissant chacun dans une lumière ménagée dansle bâti paral- làlement au rayon médian du segment circulaire de la première mâchoire, la- dite extrémité adjacente de ces deux autres mâchoires étant prolongée par au moins un bras par l'intermédiaire duquel ces mâchoires sont reliées l'une à l'autre au moyen d'un vérin de fermeture articulé à chacune de ses extrémités longitudinales avec le bras de l'une desdites deux autres mâchoi- res et aussi avec une extrémité d'au moins une biellette articulée à son autre extrémité sur le bâti en un point choisi pour que le rapprochement ou l'téloignement desdits bras par l'actionnement du vérin de fermeture pour écarter ou rapprocher par pivotement desdites deux autres mâchoires écarte ou éloigne aussi la première mâchoire par translation le long desdites lu- mières, tandis que l'extrémité de chacune desdites deux autres mâchoires opposée à ladite extrémité adjacente porte un alésage dans lequel peut pé- nétrer, dans la position rapprochée des trois mâchoires, un doigt de ver- rouillage monté sur le bati. -3 - Ainsi, le déplacement des trois mâchoires entre leur position écar- tée et leur position rapprochée est effectué de manière très simple grace à un seul vérin. Une couronne à trois mâchoires est, d'autre part, beaucoup moins encombrante qu'une couronne à deux mâchoires. Un objet de l'invention consiste aussi, dans le cas d'une division de la couronne support en trois mâchoires, en ce que les coins disposés dans une même mâchoire sont tous liés à une mnme pièce intermédiaire en forme de portion de couronne et en ce que le bâti porte un système de vérins à tiges à déplacement axial liées à une couronne de liaison munie de moyens d'enga- gement avec lesquels lesdites pièces intermédiaires s'engagent pour se soli- dariser en déplacement axial avec ladite couronne de liaison lorsque les mâchoires sont en position rapprochée. Dans le cas d'un soudage nécessitant une mise sous vide de la région à souder par application d'une boîte enveloppe annulaire contre les deux éléments tubulaires, cette boîte présentant une section en U dont les branches du U sont dirigées radialement vers l'intérieur et portent à leurs extrémités ribres des joints d'étanchéité annulaires destinées à s'appliquer respectivement contre l'un et l'autre des éléments tubulaires, un objet de l'invention consiste à diviser cette boîte en trois portions d'anneau suc- cessives dont chacune est rattachée à une machoire différente parmi les trois mâchoires-de l'un des deux bâtis en étant liée par une liaison méca- nique à des mors de cette mâchoire de rattachement. Un objet additionnel de l'invention consiste à prévoir dans cette liaison mécanique des moyens élastiques d'ajustement. On va décrire, à titre non limitatif, un exemple de réalisation du dispositif d'aboutage selon l'invention en se référant au dessin joint dans lequel: - la Fig. I est une coupe axiale du dispositif monté sur deux9éléments tu- bulaires à réunir par soudage; - la Fig. 2 est une coupe transversale effectuée selon la ligne 2-2 de la Fig. I; -4 - - la Fig. 3 est une vue d'un vérin d'accostage; - le Fig, 4 est une coupe d'un couple de pièces de liaison entre bâtis; - les Fig. 5 et 6 sont des représentations schématiques respectivement en position écartée et en position rapprochée des mAchoires de la couronne support; - la Fig. 7 est une représentation schématique en perspective du montage d'un mors; - la Fig. 8 est une coupe partielle transversale effectuée dans la région de la jonction de deux portions d'anneau appartenant à une botte annu- laire prévue pour créer une enceinte à vide; - la Fig. 9 est une coupe partielle selon la ligne 9-9 de la Fig. I; et - la Fig. 10 est une coupe partielle selon la ligne 10-10 de la Fig. 1. L'exemple donné peut notamment concerner l'assemblage d'éléments tubulaires sur une plate-forme flottante en vue de la pose d'une conduite au fond d'une étendue d'eau selon le mode de pose dit "pose en S". Sur la Fig. 1, deux éléments tubulaires 1 et 2 à réunir bout à bout, par soudage, sont revêtus, sauf dans une zone voisine des extrémités adjacentes des éléments 1 et 2, d'une gaine de béton 3, 4 avec interposi- tion d'une couche de brai 5, 6. Un dispositif d'aboutage 7 a été placé autour des éléments tubulaires, de manière à pouvoir saisir ces éléments dans la zone non bétonnée. Ce dispositif 7 se compose de deux bâtis 8, 9 en forme de bottes, sensiblement symétriques l'un par rapport à l'autre, soutenant chacun des moyens de saisie de l'un des éléments tubulaires et pouvant être rapprochés l'un de l'autre en alimentant deux vérins d'accostage 10, 11 agissant axia- lement, visibles sur les Fig. 2 et 3. Les extrémités de ces vérins sont dotées de tenons à rotule 12, 13. Les vérins 10 et Il sont disposés dans un plan diamétral qui est ici un plan horizontal. Les bâtis 8 et 9 sont, en outre, reliés l'un à l'autre par six couples 14, 15, 16, 17, 18, 19 d'une pièce mAle (20) et d'une pièce femelle (21) -5portées l'une par le bâti 8, l'autre par le bâti 9 et s'emboîtant l'une dans l'autre avec interposition d'un organe élastique 22 (Fig. 4) pour former des liaisons du genre "silent bloc". Ces liaisons ont leur partie active située de part et d'autre d'un' mime plan transversal, passant entre les deux bâtis 8 et 9. Elles permettent un centrage relatif des bâtis 8 et 9 avec une possibilité d'inclinaison relative de 1 . On a représenté en détail sur les Fig. I et 2 les éléments conte- nus dans le bâti 8, étant entendu que l'on retrouve des éléments analogues dans le bâti 9 et que la description relative au bâti 8 s'applique aussi au bâti 9. Une couronne support est formée de trois mâchoires 23, 24, 25 (Fig. 2, 5, 6),la mâchbire 23 étant articulée a ses extrémités circonféren- tielles 26, 27 avec l'extrémité circonférentielle adjacente 28, 29 respec- tivement de la mâchoire 24 et de la mâchoire 25. L'extrémité libra 30, 31 des mâchoires 24 et 25 est munie d'un alésage 32, 33 dans lequel un doigt de verrouillage 34, actionné par un vérin de verrouillage 35 porté par le bâti 8, peut pénétrer en position fermée de lA couronne support (position rapprochée des trois mâchoires) en même temps qu'il pénètre dans un alésage 36 ménagé dans un épaulement 37 solidaire du bati 8. L'articulation des extrémités 26 et 28 s'effectue autour d'un axe d'articulation 38 qui est guidé par une lumière verticale 39 ménagée dans une joue 40 solidaire du bâti 8. De mâme, l'articulation des extrémités 27 et 29 s'effectue autour d'un axe d'articulation 41 qui est guidé par une lumière verticale 42 ménagée dans une joue 43 solidaire du bâti 8. Ainsi, la mâchoire 23 peut se soulever ou s'abaisser, c'est-à-dire se déplacer en translation parallèlement à son rayon médian, en même temps que les mâchoi- res 24 et 25 pivotent pour amener l'ensemble des mâchoires en position écar- tée ou en position rapprochée. Ce déplacement est effectué au moyen d'un vérin de fermeture 44 dont les extrémités longitudinales 45, 46 sont articulées respectivement par un axe 47 à l'extrémité libre de deux bras 48 solidaires de la mâchoire 24 et à une extrémité de deux biellettes 49 dont l'autre extrémité est ar- ticulée en 50 sur la joue 40, et par un axe 51 à l'extrémité libre de deux bras 52 solidaires de la mâchoire 25 et à une extrémité de deux biellettes 53 --6 - dont l'autre extrémité est articulée en 54 sur la joue 43. Dans chaque mâchoire 23, 24, 25, on a installé une pluralité de mors: quatre mors 55, 56, 57, 58 dans la mâchoire 23 et trois mors 59, 60, 61 et 62, 63, 64 dans chacune des mâchoires 24 et 25 (Fig. 2). Les mors peuvent coulisser radialement dans des logements ménagés dans ces machoires entre des flasques teis que les flasques 65 et 66 tenus par des boulons visibles sur la Fig. 1. Radialement entre chaque machoire et chaque mors qu'elle porte, on a inséré un coin 67 à 76. Ces coins peuvent coulisser axialement dans des systèmes de rainures en T 77 et 78 ménages respectivement dans les mâchoires et dans les mors, comme on le voit bien sur la Fig. 7. Ces coins assurent le maintien en position radiale des mors. Comme ils présentent une surface de contact inclinée par rapport à l'axe du dispositif d'aboutage 7, un dé- placement axial des coins provoque un déplacement radial des mors. L'ensemble des coins disposés dans l'une quelconque des machoires 23, 24, 25 sont attachés par des vis 79 à une amme pièce intermédiaire 80 en forme de portion de couronne a section en U, les jambes du U étant radiales et tournées vers l'intérieur (Fig. 1). Sur le bâti 8, on a installé six vérins de serrage dirigés axialement, tels que le vérin 81 représenté sur la Fig. 1, dont les tiges de manoeuvre sont liées par des écrous 82 à une couronne de liaison 83 présentant une rainure annulaire 84 ouverte ra- dialement vers l'extérieur, dans.laquelle s'engage une branche du U de chaque pièce intermédiaire 80 lorsque les mâchoires 23, 24, 25 sont dans leur po- sition rapprochée. On établit ainsi une solidarité en déplacement axial entre les tiges des vérins 81 d'une part et les coins 67 à 76 d'autre part, tout en permettant l'ouverture de la couronne support formée par les machoi- res 23, 24, 25. Les vérins 81 fournissent la force de serrage radial néces- saire aux mors 54 à 63. On a fixé en outre aux mors du bâti 9 une boîte enveloppe divisée en trois parties en forme de portions d'anneau se succédant circonférentiel- lement, correspondant aux trois machoires 23, 24, 25 et portées chacune par des mors de la mâchoire correspondante. Cette botte présente une section en U avec les branches du U dirigées radialement vers l'intérieur. Ces branches portent à leurs extrémités libres des portions de joints gonflables - 7 - annulaires 85, 86 (Fig. 1). Sur la Fig. 8, on voit la position prise par deux parties adjacentes 87, 88 d'une boîte enveloppe composée de trois par- ties 87, 88, 89 (Fig. 9), lorsque les mors sont serrés. Ces deux parties adjacentes 87, 88 se terminent par des faces planes munies de joints d'étan- chéité plans 90, 91 recouvrant des faces métalliques terminales 92, 93 de ces deux parties et aussi les extrémités des portions de joints gonflabes 85 ou 86. L'application de ces joints plans 90, 91 l'un contre l'autre assure l'étanchéi- té dans la zone de transition entre deux parties adjacentes 87, 88. Un pare-feu en acier, également divisé en trois parties 94, 95, 96, est inséré dans l'enceinte délimitée par la botte enveloppe 87, 88, 39 pour coopérer avec une machine interne à souder par faisceau d'électons, non repré- sentée, insérée à l'intérieur des éléments tubulaires I et 2. Sur la Fig. 9, on voit que l'application d'une force radiale sur les trois parties telles que 87, 88, 89, est effectuée pour chacune d'elles au moyen d'une liaison avec un seul mors. Ce mors, désigné par la référence 97 sur la Fig. 1, porte un goujon 98 dirigé axialement, traversant deux anses 99, 100 portées par une partie telle que 87 de la boîte enveloppe et s'appuyant sur celle-ci par l'intermédiaire d'étriers 101 et de doigts d'appui 102, 103 Plastiquement appliqués contre la partie 87 par des ressorts 104, 105 (Fig. 9) pour compenser d'éventuels défauts d'ajustement. Le maintien des parties 87, 88, 89 s'effectue aussi pour chacune d'elles par une liaison à deux mors pour des raisons de symétrie. En raison de la variation de diamètre de l'emplacement des organes de liaison, on a interposé une pièce de jonction 106 munie de trous oblongs 107 dans lesquels peuvent coulisser des tenons 108 liés aux mors, comme on peut le voir sur la Fig. 10 o l'on a représenté à gauche une pièce de jonction 106 dans le cas o les mors ne sont pas serrés et à droite, cette pièce de jonction 106 dans le cas o les mors sont serrés. On peut évidemment apporter de nombreuses modifications à l'exem- ple de réalisation qui vient d'être donné. Un mode d'utilisation du dispositif décrit, découle directement de la description précédente. On peut le décomposer en des cycles de douze -8- phases telles que les suivantes: - positionnement à vue du dispositif par rapport aux éléments tubulaires; - fermeture et verrouillage de la couronne support du bâti 8; - serrage des mors du bâti 8; - fermeture et verrouillage de la couronne support du bâti 9; - serrage des mors du bâti 9; - aboutage des deux éléments tubulaires par mise sous pression des vérins d'accostage 10, 11; - gonflage des joints annulaires d'étanchéité 85, 86 et mise sous vide de l'enceinte formée par la boîte 87, 88, 89; opération de soudage; - mise à l'air de l'enceinte formée par la boîte 87, 88, 89, dégonflage des joints 85, 86 et relâchement partiel de la pression dans les vérins d'ac- costage 10, Il; - desserrage simultané des mors des deux bâtis 8 et 9; déverrouillage et ouverture des couronnes supports des deux bâtis 8, 9; - relâchement complet de la pression dans les vérins d'accostage 10, IT. 257 1996 -9- REVENDICATIONS I - Dispositif extérieur d'aboutage de deux éléments tubulaires (1, 2) en vue de leur assemblage par soudage, comprenant deux bâtis (8, 9) munis chacun de moyens de saisie par l'extérieur d'un des éléments tubulaires et reliés l'un à l'autre par des vérins d'accostage (10, 11) articulés, caractérisé en ce que ces deux bâtis (8, 9) sont aussi reliés l'un à l'autre par des couples (14, 15, 16, 17, 18, 19) de pièces (20, 21) s'emboîtant l'une dans l'autre avec interposition d'un moyen élastique (22) tandis que lesdits moyens de saisie comprennent une pluralité de mors radiaux (55 - 64), 2 - Dispositif salon la revendication 1,- caractérisé en ce que ces mors radiaux (55 - 64) sont dans chaque bâti (8, 9) disposes dans une couron- ne support (23, 24, 25) dans laquelle chaque mors peut coulisser radia- lemant en étant tenu par l'intermédiaire d'un coin (67-76) qui peut coulisser axialement en étant lié radialement par des liaisons à rainua res (77, 78) d'une part à la couronne et d'autre part à ce mors. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couronne support de chaque bâti est divisée en trois mâchoires (23, 24, 25) en forme de segments circulaires, dont une première mâchoire (23) a ses extrémités (26, 27) liées a l'extrémité adjacente (28, 29) respective- ment de l'une (24) et de l'autre (25) des deux autres machoires, par articulation autour respectivement de deux axes d'articulation (38, 41) coulissant chacun dans au moins une lumière (39, 42) ménagée dans ce bâti parallèlement au rayon médian du segment circulaire de la première machoire, ladite extrémité adjacente (28, 29) de ces deux autres mâchoi- res (24, 25) étant prolongée par au moins un bras (48, 52) par l'inter- médiaire duquel ces deux autres mâchoires sont reliées l'une à l'autre au moyen d'un vérin de fermeture (44) articulé à chacune de ses extré- mités longitudinales (45,46) avec le bras (48, 52) de l'une desdites - 10 - deux autres mâchoires (24, 25) et aussi avec une extrémité d'au moins une biellette (49, 53) articulée à son autre extrémité (50, 54) sur ce bâti en un point choisi pour que le rapprochement ou l'éloignement desdits bras (48, 52) par l'actionnement du vérin de fermeture (44) pour écarter ou rapprocher par pivotement lesdites deux autres mâchoires écarte ou éloigne aussi la première machoire (23) par translation le long desdites lumières (39, 42), tandis que l'extrémité (30, 31) de chacune desdites deux autres machoires (24, 25) opposée à ladite extrémité adjacente (28, 29) porte un alésage (32, 33) dans lequel peut pénétrer, dans la position rapprochée des trois mâchoires (23, 24, 25), un doigt de verrouillage (34) monté sur ce bâti. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les coins- (67-70) disposés dans une même mâchoire (23) sont tous liés à une même pièce intermédiaire (80) en forme de portion de couronne et en ce que le bâti (8) dans lequel cette mâchoire (23) est disposée porte un sys- tême de vérins de serrage à tiges à déplacement axial (81) liées à une couronne de liaison (83) munie de moyein d'engagement (84) avec lesquels lesdites pièces intermédiaires (80) s'engagent pour se solidariser en déplacement axial avec ladite couronne de liaison (83) lorsque les mâchoires (23, 24, 25) sont en position rapprochée. - Dispositif selon la revendication 3, comprenant une boite enveloppe annufaire à section en U dont les branches du U sont dirigées radiale- ment vers l'intérieur et portent à leurs extrémités libres des joints d'étanchéité annulaires (85, 86) destinés à s'appliquer respectivement contre l'un et l'autre des deux éléments tubulaires, caractérisé en ce que cette boîte est divisée en trois portions d'anneau successives (87, 88, 89) dont chacune est rattachée à une mâchoire différente parmi les trois mâchoires (23, 24, 25) de l'un (9) des bâtis en étant lige par une liaison mécanique (98-108) à des mors (97) de cette mâchoire de rattachement. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que cette liai- son mécanique comporte des moyens élastiques (101-105) d'ajustement.