Brevet FR2656555A1 — publié le 19910705

La presente invention concerne un système mecaniaue de guidage automati Que d'une ou plusieurs torches d'une unite de sou age a l'arc dans une gorge délimitee entre les deux surfaces d'exlremité chantreinees ae deux pieces metalliques a souder l'une a l'autre, du tvpe comprenant un chariot Principal qui se déplace le long d'un guide fixe parallele à la gorge, un chariot secondaire articule au chariot principal et equi De d'un bloc support de torche de soudage (nature, forme et position des pieces,). Dans la ma jorité des applications industrielles, i'opération de soudage se realise en plusieurs passes. sachant que l'obtention d'une soudure de qualité depend de la precision avec laquelle est effectuee la premiere passe Cela implique un usinage des surfaces d'extrémité a souder pour delimiter entre elles une gorge qui soit la plus régulière possible, et un systeme de guidage apte a suivre la geometrie de la gorge pour que la soudure soit appliquée très précisément au fond de la gorge notamment lors de la première passe. Aussi, ii est couramment Dratiaue un usinage sous la forme d'un chanfrein aux deux extremites des pieces a souder Suivant l'ouverture donnée au chanfrein, on obtient une gorge plus ou moins évasee, sachant qu'une gorge large augmente ie nombre de passes et le temps Ce soudage, et au'une gorge étroite, sans presenter ces inconvenients, n'est pas sans poser des probiemes au niveau du systeme de guidage comme cela sera precise plus loin. Concretement meme avec un tel usinage, la gorge délimitée par les ceux chanfreins ne Dourra presenter des caracteristiaues geometriques constantes sur toute sa iongueur En effet une Iois les deux surfaces W'extremite mises en regard l'une de l'autre, les tolérances de fabrication des Dieces et d'usinage des chanfreins entraineront nécessairement des variations de largeur et de dénivele au niveau de la gorge Dans le cas o les deux Dièces à souder sont des tubes de relativement grande longueur par exemole et avec une tolérance d'usinage des chanfreins de 0,1 mm il en rësulte une largeur de gorge a O 2 mm avec des deniveles de 2 a 3 mm dus en particulier a l'ovaiisation des tubes. Dans le cas ou le procédé de soudage est un soudage a l'arc électriaue visible sous gaz protecteur couramment utilise Dour Le soudage bout a bout de tubes, les électrodes de soudage portes par les torches doivent pénetrer dans la gorge et se situer a une distance déterminée des parois et du tond de la gorge ou de la derniere couche de soudure déposée Dans ces conditions, la Drecision du svsteme de guidage prend toute son importance, notamment lorsau'on utilise ce procede de soudage dans une gorge etroite. En conseauence, la précision de la soudure, notamment lors de la premiere passe, implique un positionnement précis des electrodes de soudage non seulement par rapport au plan median de la gorge, mais egalement par rapport au fond de la gorge Ces deux positionnements respectivement sensibles aux variations de largeur et de déniveie de la gorge, seront d'autant plus respectes que Le systeème de guidage sera précis. Dans les systèmes mecaniques de guidage connus, les organes de roulement sont des galets aui roulent de part et d'autre ou d'un même côté de la gorge, et les organes de palpage sont egaiement constitues Dar au moins un gaiet qui rouie à i'interieur de la gorge en prenant simultanemerit appui sur les deux parois de ceile-ci. L'experience montre que de tels organes de palpage d'une Dart ne prennent pas en compte les variations de largeur et de dénivelé de la gorge et, d'autre part, ne sont pas adaptes dans le cas d'une gorge etroite. Le but de l'invention est de réaliser un systeme de guidage Qui puisse assurer avec précision le Positionnement des torches de soudage a i' intérieur de ia gorge et qui soit capable de prendre en com Dte les variations de largeur et de denivelé de celle-ci et améliorer ainsi la qualite du soudage qui est imposee dans certaines applications, en particulier pour le soudage bout a bout des tronçons de tube constituant des conauites destinées a être immergees au fond de la mer. A cet effet, i'invention propose un systeme de guidage du type précité et qui se caracterise en ce que le dispositif de guidage comprend deux organes de paipage qui sont respectivement en contact avec les deux Darois latérales de la gorge, et qui sont respectivement situées vers l'avant et vers l'arrière du chariot secondaire, en considerant la direction de déplacement du chariot principal. Selon une autre disposition de l'invention, le dispositif de guidage comprend deux organes de roulement qui roulent respectivement sur les deux pièces métalliques de part et d'autre de la gorge, et qui sont également respectivement situes vers l'avant et a l'arriere du chariot secondaire, en considérant la direction de déplacement du chariot principal. Selon encore une autre disposition de i'invention, le dispositif de guidage est articule suivant deux axes ae pivotement perpendiculaires l'un a l'autre pour permettre aux organes de Dalpage et aux organes de roulement de suivre la geometrie de la gorge non seulement a l'intérieur (variations de largeur)mais également à l'extérieur (variations de denivele)de celle-ci, des movens de poussee etant prevus pour solliciter en permanence le chariot secondaire par 1 'intermediaire des organes de roulement du dispositif de guidage en appui sur les surfaces des pièces qui bordent la gorge, alors que les organes de paipage sont eux-memes sollicites en permanence par des moyens de poussee laterale au contact des parois de la gorge. Selon un mode de réalisation, le dispositif de guidage comprend deux galets dont les boudins forment ies organes de palpage et dont les bandages forment les organes de roulement. Selon un mode preférentiel de realisation de l'invention, chaque element de palpage est constitue par un grain fixé a l'extremité d'un doigt qui pénetre a l'intérieur de la gorge et dont la Drofondeur de pénetration est réglable, alors que chaque organe de roulement est forme d'une bille ou d'un galet plat. Ainsi, grâce à ces différentes dispositions, les torches etant avantageusement disposées entre les deux organes de palpage, les variations de largeur et de denivelé de la gorge ne sont que faiblement repercutees au niveau des électrodes de soudage, si bien que leur écart par rapport au plan median et au fond de la gorge est réduit au minimum, ce qui implique un meilleur suivi des caracteristiques géometriques de la gorge et une meilleure précision dans le soudage. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description explicative qui va suivre faite en reférence aux dessins annexés donnés uniquement a titre d'exemple et dans lesquels: ia figure 1 est une vue schématique de principe du systeme mécanique de guidage conforme a l'invention suivant une première forme de réalisation, la figure 2 est une vue en coupe schématiaue et simplifiée du systeme mécanique de guidage applique au soudage de tubes, la figure 3 est une vue de cote du systeme de guidage. et la figure 4 est une vue schematique d'un organe de pal Dage selon un mode préférentiel de realisation de I'invention. Le système mecanique de guidage automatique 1 d'une ou plusieurs torches d'une unite de soudage a l'arc, tel que schematiquement représenté aux figures 1 à 3, comprend un chariot dit principal 3 qui se deéplace sur un guide circulaire (non representé) parallelement a la gorge circulaire 4 délimitée par les deux sur Iaces d'extremité chanfreinees de deux tubes metalliques 5 et 6 à souder l'un a l'autre (figure 3) Un chariot dit secondaire 7 dont la platine 7 a est reliée par un ensemble de liaison 3 au chariot principal 3, porte un bloc-support 9 de deux torches T 1 et T 2 formant une unite de soudage Le chariot secondaire 7 est equipé d'un dispositif de guidage mécanique 10 objet de l'invention et qui va être décrit en détail ci-apres. Le dispositif de guidage 10 comprend des organes de pal Dage et des organes de roulement Dans un mode préferentiel de realisation de l'invention, il y a deux organes de paipage ila et llb, et deux organes de roulement 12 a et 12 b. Les deux organes de palpage lia et lib sont décales l'un par rapport a l'autre en étant respectivement situés vers l'avant et vers l'arrière du chariot secondaire 7, en considérant la direction de déplacement D du chariot principal 3, et il en est de meme pour la position des deux organes de roulement 12 a et i 2 b. Les deux organes de palpage ila et ilb pénetrent dans la gorge 4 et viennent respectivement au contact des deux parois 4 a et 4 b de celle-ci alors que les deux organes de roulement i 2 a et 12 b viennent respectivement au contact aes deux surfaces des deux pieces 5 et 6 qui bordent la gorge 4. Dans le premier exemple ae realisation de la figure 1, le dispositif de guidage 10 est constitue par deux galets 13 Le boudin de chaaue galet forme l'organe de palpage lia ou lib, alors aue son bandage forme l'organe ae roulement 12 a ou 12 b. Chaque gaiet 13 est supporté a rotation par un bossage lateral 14 solidaire de la platine 7 a-du chariot secondaire 7, son axe de rotation étant perpendiculaire au Diplan médian PM de la gorge 4 pour que son bandage roule sur ia piece métallique associee 5 ou 6, sensiblement parallèlement a la gorge 4. Le dis Dositif de guidage 10 porte par la platine 7 a du chariot secondaire 7 est articulé suivant deux axes de pivotement AI et A 2, perpendiculaires l'un à l'autre. L'axe Ai est perpendiculaire a la direction de déplacement D du chariot principal 3 et est situe dans un plan parallèle au plan median PM de la gorge 4 de maniere a ce que le dispositif de guidage 10 puisse Pivoter autour de cet axe AI et permettre aux organes de palpage lia et ilb de suivre la geometrie des parois de la gorge 4 L'axe A 2 est perpendiculaire au pl Dian median PX de la gorge 4, de manière à ce que le dispositif de guidage 10 puisse pivoter autour de cet axe A 2 et permettre aux organes de roulement 12 a et 12 b de suivre la géometrie des surfaces des pièces 5 et 6 qui bordent la gorge 4. En se reportant à la figure 2, l'ensemble de liaison 3 Precité entre le chariot principal 3 et le chariot secondaire 7 comprend un bras de liaison 20, une piece de liaison 21 et un étrier 22 Le bras de liaison 20 est articule vers une extremité autour d'un axe 23 supporté par une chape 23 a fixee au chariot principal 3. Vers son autre extrémité, le bras de liaison 20 recoit, de manière articulée l'extremité de la tige de piston a d'un verin 25 dont le cylindre est fixe au chariot orinci Dal 3 La fonction de ce vérin 25 sera explicitee Plus loin La pièce de liaison 21 est articuise a une extremit Y, au bras de liaison 20 au moyen d'une chape -7 a et d'un axe 26, et elle vient en appui, à son autre extremite sur l'em Dase 22 a de l'étrier 22. L'axe de Divotement Ai du dispositif de guidage O i O est formé par un pivot solidaire par une extremitée de i'embase 22 a de l'étrier 22 et Qui s'étend Derpendiculairement à celle-ci L'axe de pivotement Ai traverse un palier 27 loge dans un passage 28 prévu dans la Diece de liaison 21 pour deboucher par son extremite libre dans une ouverture centrale 29 de la pièce de liaison 21 L'extrémité libre de l'axe A, est filetee cour recevoir un écrou 30 et immobiliser ainsi axialement l'axe AI. L'axe de pivotement A 2 du dispositif de guidage 10. Derpendiculaire à l'axe Ai, est supporté par deux fiasques 22 b de l'etrier 22, axe A 2 sur lequel est articulée la platine 7 a du chariot secondaire 7 qui porte le dispositif de guidage 10. Ainsi, le dispositif de guidage 10 peut pivoter, d'une part, directement autour de l'axe A 2 et, d'autre Dart, a l'interieur du palier 27 par l'intermediaire de i'etrier 22 et de l'axe AI. Le chariot secondaire 7 est soumis en permanence à des forces de poussée FL et F 2 qui se répercutent respectivement sur les organes de palpage lia, lib et les organes de roulement i 2 a, i 2 b. Des moyens de poussée latérale figure 1), tel un ressort 32, sont prevus pour solliciter en permanence le chariot secondaire 7 en pivotement autour de l'axe A 1 de manière a ce que les deux organes de palpage la et ilb restent en permanence au contact des parois associees 4 a et 4 b de la gorge 4 et quelles que soient les variations de largeur de celle-ci Ces moyens ade poussee sont bien évidemment décalés par rapport a l'axe Ai, de maniere a ce que la force Fi qui en resuite donne naissance à un couple sollicitant le pivotement du chariot secondaire 7 Le ressort 32 est loge dans le fon d'un boitier 33 fixe a la platine 7 a du chariot secondaire 7, et Drend appui sur un pion 34 qui fait saillie hors du boîtier 33 Le pion 34 vient en appui sur l'extremite d'une vis 35 supportée par un bossage 36 de la piece de liaison 21 Cette vis 35 permet de déplacer le pion 34 et de regler àinsi la force de poussee FI du ressort 32 qui sollicite la platine 7 a du chariot secondaire 7 en pivotement suivant l'axe Ai. La force de poussee F 2 (figure 2) est exercee Dar le verin 25 Drecite aui pousse sur le bras de liaison 20 et Dar conséquent sur la pièce de liaison 21 et sur i'etrier 22, pour que le chariot secondaire 7 soit sollicite en a Dpui permanent par l'intermédiaire des organes de roulement 12 a et i 2 b du dispositif de guidage sur les tubes 5 et 6. Ainsi, la combinaison des forces FI et F 2 fait que les boudins des galets 13 sont en contact permanent avec les parois 4 a et 4 b de la gorge 4 (force Fi), et que les bandages des galets 13 sont en contact permanent avec les tubes 5 et O de part et d'autre de la gorge 4 (force F 2). Dans l'exemple considéré ici, le bloc-support 9 porte deux torches T 1 et T 2 situees entre les deux ensembles de palpage et de roulement lia 12 a et ilb 12 b. Avantageusement, le bloc-support 9 est mobile Dar rapport au chariot secondaire 7, de manière a pouvoir regler la profondeur de penetration des electrodes El et E 2 a l'intérieur de la gorge 4 apres chaque passe de soudage A cet effet, le bloc-support 9 est monte coulissant le long de deux glissieres 40 a et 40 b (figure 2) portées par la platine 7 a du chariot secondaire 7. Pour régler de maniere très Precise la profondeur de penétration des électrodes E 1 et E 2, il est avantageusement prévu des butees 41 de hauteur différente montees sur un barillet tournant 42 Un verin 43 fixé a la platine 7 a du chariot secondaire 7 a sa tige de piston 44 rendue solidaire du bloc-support 9 pour le déplacer le long des glissieres 40 a et 40 b afin d'amener un pion 45 du bloc-support g au contact de la butee 41 sélectionnee au niveau du barillet 42 En outre, ie bloc-support 9 peut également être anime d'un mouvement d'oscillation de ireauence et d'amplitude reéglables par un moven mecanique ou électrique, connu en soi. Dans une variante illustree à la figure 4, chaque organe de paipage lia ou lib est constitué par un grain latéral porté à i'extremite d'un doigt 50 qui penetre a l'intérieur de la gorge 4 Ce doigt, tel une tige verticale, est monte coulissant dans un manchon 51 qui présente une ouverture latérale filetee 52 dans iaquelle s'engage un moyen de blocage 53 tel une vis, de maniere à régler la profondeur de penétration de chaque grain. Ce réglage combiné avec le réglage du bloc support 9 permet d'augmenter considérablement la précision du soudage Un moyen de palpage lia ou llb constitue par un grain est mieux adapté que le boudin d'un galet dans le cas d'une gorge étroite En outre, sachant que des projections de soudure 60 sur les parois 4 a et 4 b de la gorge 4 sont inevitables au cours des différentes passes de soudage le fait d'effectuer l'action de pal Dage par deux élements distincts (bille + grain), on diminue les inconvenients résultants de ces projections En effet. dans le cas d'un galet, celui-ci aurait tendance a se relever lorsque son boudin rencontre ces projections 60. D'une maniere génerale, le dispositif de guidage úO est forme de deux ensembles de Dalpage lla, i 2 a et ilb, 1 L 2 b avec les torches Ti et T 2 placees de preéerence entre ces deux ensembles Dans ie cas de l'utilisation de galets 13, les zones de palpage du boudin et du bandage sont au droit l'une de l'autre, alors aue les zones de palpage du grain et de la bille cou galet plat) peuvent être decalées l'une Dar rapport a l'autre. Le système de guidage mécanique conforme a l'invention est particulièrement adapté pour le soudage bout a bout des tronçons de tube des conduites immergees au fond de la mer Dour l'exploitation des gisements pétroliers Bien entendu, le système de guidage est essentiellement utilisé au cours des premières passes de soudure, c'est-adire tant aue les organes de palpage Deuvent penetrer dans la gorge, la fin de l'operation de soudage étant réalisée par exemple par un autre poste de soudage classique. D'une maniere génerale, le système de guidage permet de réaliser aussi bien des soudures rectilignes horizontales et verticales que circulaires. REVENDICAIONS i. Système mecanique de guidage automatiaue d'une ou plusieurs torches d'une unite de soudage a l'arc dans une gorge délimitee par les surfaces d'extremite chanfreinées de deux pièces metailiaues a souder l'une a l'autre, du type comprenant un chariot principal aui se deplace le long d'un guide fixe paraliele a la gorge un chariot secondaire articulé au chariot principal et equipe d'un bloc-support de torche(s) et d'un dispositif de guidage comprenant des organes de roulement en contact avec les surfaces des oièces métalliques bordant ladite gorge et des organes de palpage qui pénétrent à l'intérieur de la gorge, caractérise en ce que le dispositif de guidage ( 10) comprend deux organes de palpage direction de déplacement (D) du chariot principal % 3). 2. Système mecanique de guidage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de guidage ( 10) comprend deux organes de roulement 12 a, 12 b) sui roulent respectivement sur les deux pièces métalliques ( 5, 6) de part et d'autre de la gorge principal ( 3). 3. Système mécanique de guidage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un organe de palpage ( 11 la; ilb) est associé à un organe de roulement ( 12 a: 12 b) pour former un ensemble de palpage, les zones de contact de l'organe de palpage et de l'organe de roulement associe etant sensiblement situes dans un meme plan perpendiculaire au plan median (PX) de la gorge ( 4). 4. Système mécanique de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de guidage ( 10) est articule suivant un premier axe de pivotement (AI) qui est perpendiculaire a la direction de déplacement géometrie de la paroi associée de la gorge t 4). 5. Systeme mécanique de guidage selon la revendication 4, caracterise en ce que le premier axe de pivotement médian (PX) de la gorge 4. o Système mécanique de guidage selon La revendication 4 ou 5 caracterise en ce qu'il comprend des moyens de poussée latérale ( 32) aui agissent sur le chariot secondaire ( 7) pour le solliciter en pivotement autour de l'axe (Al) de manière à ce aue chacue élément de palpage (ila, llb) reste au contact de la paroi associée de la gorge ( 4). 7. Systeme mecaniaue de guidage selon la revendication 6, caracterise en ce sue les moyens de poussee latérale ( 32) sont constitues par un ressort. 8 Système mécanique de guidage selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérise en ce que le dispositif de guidage ( 10) est articulé suivant un deuxième axe de pivotement (A 2) qui est perpendiculaire à la direction de deéplacement (D) du chariot principal ( 3) et perpendiculaire au plan médian (PX) de la gorge ( 4), de manière à ce que les organes de roulement ( 12 a, 12 b) suivent la géométrie des surfaces métalliques de part et d'autre de la gorge ( 4) et au voisinage de celle-ci. 9. Systèeme mécanique de guidage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de poussée ( 25) qui sollicitent en permanence les organes de roulement ( 12 a, 12 b) du chariot secondaire T 7) en appui sur les pièces métalliques ( 5 6). i 0. Système mecaniaue de guidage seion l'une quelconque des revendications 2 a 9, caracterisé en ce aue les deux axes de pivotement t AI,A 2) sont supportées par un étrier ( 22),1 e chariot secondaire ( 7) etant monté pivotant autour de l'axe t A 2), l'axe (A 1) solidaire de l'etrier principal ( 3). lî. Système mécanique de guidage selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérise en ce aue le dispositif de guidage ( 10) comprend deux galets ( 13), le boudin de chaque galet formant un des élément de palpage alors que son bandage forme un des éléments de roulement. i 2. Système mecaniaue de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérise en ce que chaque organe de palpage est constitué par un grain porté à l'extremité d'un doigt ( 50) aui pénètre dans la gorge ( 4). 13. Système mécanique de guidage selon la revendication 12, caractérise en ce que la profondeur de pénétration du doigt ( 50) dans la gorge ( 4) est réglable. i 4. Système mecanique de guidage selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que chaque organe de roulement ( 12 a, 12 b) est une bille. 15. Système mécanique de guidage selon la revendication 12 ou 13, caractérise en ce que chaque organe de roulement ( 12 a, i 2 b) est un galet plat.