Brevet FR2655898A1 — publié le 19910621

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SOUDAGE BOUT A BOUT DE DEUX ELEMENTS TUBULAIRES EN ALLIAGE METALLIQUE La présente invention concerne un procédé de soudage bout à bout de deux éléments tubulaires fabriqués à partir de deux coulées différentes d'un même alliage métallique et présentant à leurs extrémités respectives de jonction des diamètres internes et externes de dimensions sensiblement identiques. Elle concerne également un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive, dans le domaine de la prolongation de tubes en alliage métallique par une manchette tubulaire fabriquée à partir d'un même alliage métallique mais provenant d'une coulée de fabrication différente, la soudure à effectuer devant être d'excellente qualité, telle que celle nécessaire dans le domaine nucléaire (soudure radiographiée à 100%). Actuellement, on connait essentiellement un type de procédé consistant, après chanfreinage de l'extrémité de la tubulure à prolonger, à souder les deux éléments tubulaires de façon externe, sous argon, et avec un métal d'apport. On connait également le soudage interne de deux tubulures, que l'on pratique en général avec métal d'apport, lorsque les faces externes ne sont pas accessibles. Ces procédés présentent des inconvénients notamment parce qu'ils donnent lieu à des taux d'échecs des soudures importants. Or, un échec nécessite de recouper la tubulure à prolonger ce qui augmente encore le coût de l'intervention. La présente invention permet de minimiser ces inconvénients. Elle vise à fournir un procédé de soudage, entre elles et bout à bout, des extrémités de deux éléments tubulaires fabriqués à partir de deux coulées différentes d'un même alliage métallique, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet le soudage, par exemple de façon automatique, desdites extrémités avec un taux de réussite grandement amélioré, avoisinant 100%, à comparer à un taux sensiblement inférieur dans l'art antérieur. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de soudage bout à bout de deux éléments tubulaires fabriqués à partir de deux coulées différentes d'un même alliage métallique et présentant à leurs extrémités respectives de jonction des diamètres internes et externes respectivement de dimensions sensiblement identiques, caractérisé en ce que a) on positionne dans lesdits éléments tubulaires, une tête de soudage interne, apte à souder automatiquement sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, les faces internes desdites extrémités préalablement accolées et maintenues l'une contre l'autre, b) on soude sans métal d'apport en une seule passe de soudage, et sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, lesdites faces internes l'une avec l'autre, sur l'ensemble de leurs circonférences, c) on enlève la tête de soudage interne, d) on positionne une tête de soudage externe apte à souder sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, les faces externes desdites extrémités, et e) on soude avec métal d'apport en au moins deux passes de soudage et sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, lesdites faces externes l'une avec l'autre sur l'ensemble de leurs circonférences. Le fort taux d'échec observé dans l'art antérieur pour souder bout à bout deux éléments tubulaires fabriqués à partir de deux coulées différentes d'un même alliage métallique, provient probablement d'une différence de composition physico-chimique entre l'alliage métallique du premier élément tubulaire et l'alliage métallique a priori identique, mais provenant d'une coulée de fabrication différente, du deuxième élément tubulaire. Il existe, en effet, des différences entre chaque coulée de la fabrication d'un alliage, et en particulier par exemple lors de la fabrication d'acier inoxydable 316L, en général utilisé dans le domaine des réacteurs nucléaires. Avec le. procédé selon l'invention on élimine ces inconvénients. De façon expérimentale, on a pu, en effet, constater qu'avec le procédé selon l'invention le taux de réussite de soudure avoisinait 100%. Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - le soudage est effectué automatiquement, - le soudage est du type TIG (Tungsten Inert Gas), - le courant de soudage est pulsé, - l'atmosphère sensiblement inerte est du gaz inerte hydrogéné à de l'ordre de 3% en poids d'hydrogène par rapport au poids de gaz inerte; L'invention propose également un dispositif de soudage automatique sous gaz inerte de deux éléments tubulaires bout à bout, présentant à leurs extrèmités de jonction des diamètres internes et externes de dimensions sensiblement identiques, et disposés dans le prolongement l'un de l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend :: - une chambre sensiblement étanche de rétention du gaz autour desdites extrémités, comprenant des moyens de fixation de ladite chambre sur le premier desdits éléments tubululaires, ladite chambre étant munie de moyens de centrage transversal et de maintien longitudinal de l'extrémité du second élément tubululaire, par rapport à l'extrémité du premier élément tubululaire, lesdits moyens étant agencés pour plaquer longitudinalement lesdites extrémités l'une contre l'autre, et - des moyens de soudage automatique agencés pour souder lesdites extrémités l'une avec l'autre. Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - les moyens de soudage sont des moyens de soudage interne comprenant une tête de soudage interne apte à souder automatiquement la face interne de l'extrémité du premier élément tubulaire avec la face interne de l'extrémité du second élément tubulaire; - les moyens de soudage sont des moyens de soudage externe comprenant une tête de soudage externe apte à souder automatiquement la face externe de l'extrémité du premier élément tubulaire avec la -face externe de l'extrémité du second élément tubulaire; - les moyens de fixation de la chambre sur le premier élément tubulaire comprennent des mâchoires de serrage sur ledit premier élément tubulaire actionnées pneumatiquement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, de modes particuliers de réalisation donné à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe montrant les étapes principales du procédé selon l'invention, appliquées à deux éléments tubulaires cylindriques; - la figure 2 est une vue latérale, en élévation, et en coupe, montrant un mode de réalisation d'une chambre de dispositif de soudage selon l'invention; - la figure 3 est une vue latérale, en élévation, et en coupe, montrant schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif de soudage selon l'invention, avec tête de soudage interne; - la figure 4 est une vue latérale, en élévation, et en coupe, montrant schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention avec tête de soudage externe. La figure 1 montre les étapes principales suivies lors du procédé selon l'invention, plus particulièrement décrit ici. L'état final est indiqué sur la figure 1 par la lettre d, les étapes elles-mêmes étant désignées par les lettres a à c. Lors de l'étape a, deux éléments tubulaires ou tubulures 1 et 2 cylindriques, respectivement d'extrémités 3 et 4, présentant des diamètres internes et externes de dimensions sensiblement identiques, sont accolées et maintenues l'un contre l'autre par des moyens respectifs 5 et 6 de type connu. Des moyens de centrage de ces deux tubulures (non représentés) permettent par ailleurs de les positionner axialement dans le prolongement l'une de l'autre. L'étape b consiste en une étape de soudage interne, sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, des faces 7 et 8 respectives des extrémités 3 et 4 accolées, en une seule passe de soudage, sans métal d'apport. Pour ce faire, on utilise une tête de soudage dite interne 9 préalablement introduite et positionnée dans les tubulures en face des extrémités à souder, commandée et alimentée par des moyens 9a connus en eux-mêmes. Ensuite, on enlève la tête de soudage interne 9. L'étape c comprend la mise en place d'une tête de soudage dite externe 12, commandée et alimentée par des moyens 12a connus en eux-mêmes, en face des faces 10 et 11 externes des extrémités 3 et 4, et le soudage avec métal d'apport en deux passes de soudage sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, desdites faces externes l'une avec l'autre sur l'ensemble de leurs circonférences. Les deux tubulures soudées l'une avec l'autre sont montrées en d. On a représenté sur la figure 2 un mode de réalisation 20 d'une chambre, sensiblement étanche de rétention du gaz neutre appartenant à un dispositif de soudage utilisé selon l'invention plus particulièrement décrit ici. La chambre 20 de la figure 2 comprend une paroi supérieure 21 percée d'une ouverture 22 de passage de l'extrémité inférieure 3 de la première tubulure à souder. L'ouverture 22 comprend des moyens de fixation 23 de la chambre sur ladite première tubulure, par exemple constituée par deux mâchoires 24, en forme de biseau, chacune étant agencée pour coopérer par glissement avec d'un côté une face interne 25 correspondante de l'ouverture 22, inclinée vers la tubulure par rapport à la verticale et, pour coopérer de l'autre côté avec la tubulure qu'elle vient comprimer transversalement avec une face agencée pour rester parallèle à ladite tubulure, par déplacement transversal du biseau. Le déplacement est dû à des moyens pneumatiques 26, propres à déplacer verticalement les mâchoires 24 qui, en glissant sur les parois inclinées 25 se rapprochent ou s'écartent de la tubulure. On a représenté une mâchoire 24 en contact avec la tubulure, à gauche de la figure 2 et l'autre mâchoire 24 écartée de la tubulure à droite de la figure 2, pour mieux illustrer le fonctionnement desdites mâchoires, qui fonctionnent dans la réalité simultanément de la même façon. Lorsque de l'air comprimé est injecté par le canal 27, les mâchoires 24 sont repoussées vers le haut (position écartée ou dégagée des mâchoires). Lorsque inversement, de l'air comprimé est injecté par le canal 28 dans l'espace 29 qui communique (de façon cachée sur la figure 2) avec l'espace 30, les mâchoires 24 sont repoussées vers le bas (position de contact ou de fixation de la chambre sur la tubulure 3). La chambre 20 comprend également des parois latérales 31, constituées par exemple par la paroi latérale d'un cylindre, et une paroi inférieure 32, percée d'une ouverture axiale 33 et munie de moyens 34, de centrage transversal et de maintien longitudinal dans une position déterminée, par rapport à la chambre, (voir figures 3 et 4) de la seconde tubulure, moyens qui vont être détaillés par la suite. Les moyens 34 de positionnement de la seconde tubulure sont propres à plaquer longitudinalement l'extrémité de la seconde tubulure contre l'extrémité correspondante de la première tubulure. Des moyens de réglage 35 sont prévus et comprennent une roue dentée 36 de déplacement longitudinal de la paroi 32, de façon connue en soi, sur une distance d comme indiqué sur la figure 2. La paroi inférieure 32 est par ailleurs montée rotativement autour de l'axe longitudinal 37 de l'ouverture 33, sur les extrémités inférieures des parois 31, via des roulements 38. La figure 3 montre le dispositif 40 de soudage de la face interne 7 de l'extrémité inférieure 3 de la tubulure 1 avec la face interne 8 de l'extrémité supérieure 4 de la tubulure 2, constituée par un manchon de dimensions longitudinales inférieures à celles de la chambre dans l'application plus particulièrement décrite ici. Le dispositif 40 comprend une chambre 41 schématisée en traits interrompus sur la figure 3 et similaire à la chambre 20 de la figure 2. Il comprend une tête 9 de soudage TIG interne, automatique, avantageusement alimentée en courant de soudage pulsé avec un ou plusieurs secteurs d'énergie, par exemple en respectant les principaux paramètres suivants : intensité de soudage comprise entre de l'ordre de 40A et de l'ordre de 80A, et fréquence de soudage comprise entre 8 à 12 KHz, par exemple environ 10 KHz. La tête 9 est fixée sur une pièce 42 fixée sur la paroi inférieure 43 de la chambre 41, ladite paroi étant elle-même montée rotativement par l'intermédiaire de roulements 44, sur la portion inférieure des parois latérales 45 de la chambre 40, comme précédemment indiqué. Le soudage est commandé par les moyens du type de ceux désignés par la référence 9a sur la figure 1, comprenant par exemple de façon connue en soi, un séquenceur piloté par un micro-processeur qui gère notamment les fonctions suivantes : courant de soudage (amorçage, soudage, évanouissement), rotation de la torche de la tête de soudage, balayage transversal de la torche et réglage de la distance électrode par rapport aux pièces à souder. Le dispositif 40 comprend de plus les moyens de positionnement 34 du manchon comprenant un support 46 de maintien et de positionnement du manchon 47, propre à maintenir et venir plaquer l'extrémité supérieure dudit manchon contre l'extrémité de tubulure chanfreinée, lors du soudage. La figure 4 montre le dispositif de soudage 50 comprenant la chambre 51 similaire à la chambre 41 ou 21 (schématisée en traits interrompus sur la figure 4) une tête de soudage externe 52, connue en ellelmême, placée à l'intérieur de la chambre, montée sur un support 53 et comprenant une torche de soudage TIG 54 apte à souder automatiquement la face externe 10 de l'extrémité inférieure 3 de la tubulure avec la face externe 11 de l'extrémité supérieure du manchon ou seconde portion de tubulure 47. Le support 53 est fixé sur la paroi inférieure 54, elle-même montée rotativement autour de l'axe de l'ouverture 33 de la chambre, sur les extrémités de paroi 55 de la chambre 51, d'un côté, et de l'autre côté via des roulements 56, sur une pièce centrale 57 appartenant au moyen de positionnement 35 de la chambre 50 par rapport aux pièces à souder, ladite pièce 57 venant en butée sur l'extrémité inférieure du manchon 47. La rotation de la pièce à souder est effectuée automatiquement grâce à des moyens connus en eux-mêmes (non représentés). L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation plus particulièrement décrits ici. Elle en couvre au contraire toutes les variantes et notamment celle où l'on utilise le soudage MIG, où encore celle où le nombre de passe de soudage externe effectué est supérieur à deux. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage de deux éléments tubulaires (1,2) fabriqués à partir de deux coulées différentes d'un même alliage métallique, présentant à leurs extrémités respectives de jonction (3, 4) des diamètres internes et externes de dimension sensiblement identiques, caractérisé en ce que : a) on positionne dans lesdits éléments tubulaires (1, 2), une tête de soudage interne (9), apte à souder automatiquement sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, les faces internes (7, 8) desdites extrémités préalablement accolées et maintenues l'une contre l'autre, b) on soude sans métal d'apport en une seule passe de soudage, et sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, lesdites faces internes (7, 8) l'une avec l'autre, sur l'ensemble de leurs circonférences, c) on enlève la tête de soudage interne (9), d) on positionne une tête de soudage externe (12) apte à souder sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, les faces externes (10, 11) desdites extrémités (3,4), et e) on soude avec métal d'apport en au moins deux passes de soudage et sous atmosphère inerte ou sensiblement inerte, lesdites faces externes (10, 11) l'une avec l'autre sur l'ensemble de leurs circonférences. 2. Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est automatique. 3. Procédé de soudage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le soudage est du type TIG. 4. Procédé de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant de soudage est pulsé. 5. Procédé de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'atmosphère sensiblement inerte est du gaz inerte hydrogéné à de l'ordre de 3% en poids d'hydrogène par rapport au poids de gaz inerte. 6. Dispositif (40, 50) de soudage automatique sous gaz inerte de deux éléments tubulaires (1, 2, 47) bout à bout, présentant à leurs extrémités respectives (3,4) de jonction des diamètres internes et externes de dimensions sensiblement identiques, et disposés dans le prolongement l'un de l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend :: - une chambre (20, 41, 51) sensiblement étanche de rétention du gaz autour desdites extrémités (34), comprenant des moyens de fixation (23) de ladite chambre sur le premier (3) desdits éléments tubululaires, ladite chambre étant munie de moyens (34, 35) de centrage transversal et de maintien longitudinal de l'extrémité du second élément tubululaire (4), par rapport à l'extrémité du premier élément tubululaire (3), lesdits moyens étant agencés pour plaquer longitudinalement lesdites extrémités l'une contre l'autre, et - des moyens de soudage (9, 9a, 12, 52, 12a) automatique agencés pour souder lesdites extrémités l'une avec l'autre. 7. Dispositif de soudage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de soudage sont des moyens de soudage interne (9, 9a) comprenant une tête de soudage interne (9) apte à souder automatiquement la face interne (7), de l'extrémité (3) du premier élément tubulaire avec la face interne (8) de l'extrémité (4) du second élément tubulaire. 8. Dispositif de soudage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de soudage sont des moyens de soudage externe (12, 52, 12a) comprenant une tête de soudage (12, 52) externe apte à souder automatiquement la face externe (10) de l'extrémité (3) du premier élément tubulaire avec la face externe (11) de l'extrémité (4) du second élément tubulaire. 9. Dispositif de soudage selon l'une quelconque des revendications 6, 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de fixation de la chambre sur le premier élément tubulaire comprennent des mâchoires (24) de serrage sur ledit premier élément tubulaire (3), actionnées pneumatiquement.