Brevet FR2652772A1 — publié le 19910412

La présente invention est relative au souda- ge à l'arc électrique d'un joint circulaire ou analo- gue à axe à peu près horizontal au moyen d'une torche de soudage à électrode tournante. Elle s'applique en particulier au soudage bout à bout des tubes sur la plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur. Les tubes à souder sur la plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur peuvent avoir une longueur importante, de '1 ordre de 30 mètres, ce qui oblige à faire la soudure des deux éléments à raccorder avec l'axe du tube en position horizontale. L'invention a pour but de permettre '1 ob- tention sur toute la périphérie du joint d'un profil constant du cordon de soudure malgré la faible tension superficielle du bain de fusion. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de soudage à l'arc électrique, au moyen d'une torche de soudage à électrode tournante, d'un joint circulaire ou analogue à axe à peu près horizontal, caractérisé en ce qu'on fait varier en fonction de la position angulaire de l'électrode la différence de pressions entre l'intérieur et l'extérieur du joint, cette différence de pressions étant maximale lorsque l'électrode est dirigée vers le haut et minimale lorsqu'elle est dirigée vers le bas. L'invention a également pour objet, pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, un appareil de sou- - dage à l'arc électrique d'un joint circulaire ou analogue à axe à peu près horizontal, du type com- prenant une torche de soudage à électrode tournante munie de moyens d'amenée de gaz de soudage dans la région de l'électrode, et des moyens d'amenée d'un gaz de protection envers de l'autre c6té du joint, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la pression différentielle entre le gaz de soudage et le gaz de protection envers en fonction de la position angulaire de l'électrode. Des exemples de mise en oeuvre de l'inven- tion vont maintenant être décrits en regard du dessin annexé, sur lequel: - la Fig. 1 est une vue schématique, par- tiellement en coupe, d'un appareil de soudage conforme à l'invention; et - la Fig. 2 est une vue analogue d'une va- riante. L'appareil représenté à la Fig. 1 est desti- né à fixer la tranche d'extrémité d'un tube 1 relati- vement court, par exemple d'une longueur de l'ordre de 1 mètre, sur celle d'un collet 2 en saillie sur une plaque tubulaire 3. Il comprend un ensemble de souda- ge 4, un dispositif 5 de protection envers du joint, et un dispositif de régulation 6. L'ensemble de soudage 4 comprend un pistolet 7 commandé par un automate et relié à une source de gaz de soudage 9. Ce pistolet comprend une torche de soudage TIG (Tungsten Inert Gas) 10 munie d'une tête rotative motorisée 11 et de moyens 12 de positionne- ment à joint étanche dans le collet 2. La tête 11 comporte une électrode coudée 13 qui, en service, est orientée à peu près radialement par rapport à l'axe des deux éléments tubulaires 1 et 2 et se trouve à peu près en regard du joint soudé circulaire à réaliser pour solidariser ces deux éléments. Le dispositif de protection envers 5 com- prend un manchon 14 adapté pour être enfilé sur le tube 1 et sur le collet 2, à cheval sur le joint à réaliser, et pour être maintenu dans cette position grâce à deux colliers d'extrémité 15, qui assurent l'étanchéité entre le manchon, le tube et le collet. Le manchon 14 possède une entrée 16 reliée à une source 17 de gaz de protection envers, une sortie de gaz calibrée 18, et une prise de pression 19. Le dispositif de régulation 6 comprend un régulateur 20, un capteur de pression différentielle 21, une vanne régulée 22 et une soupage tarée de sécurité 23. Le capteur 21 et les deux vannes sont reliés via une conduite 24 à un embout creux 25 disposé à l'extrémité libre du tube 1. Le capteur 21 est en outre relié par une deuxième entrée à la prise de pression 1'9 du manchon 14, et il émet en sortie, vers le régulateur 20, un signal représentatif de la différence entre les deux pressions mesurées. A partir de ce signal et d'un signal de pression diffé- rentielle de consigne reçu par une ligne 26 de l'auto- mate 8, le régulateur règle le débit de la vanne 22 pour annuler le signal fourni par le capteur 21. La pression différentielle mesurée peut être affichée sur un écran 27 et enregistrée sur un enregistreur 28. Les paramètres de soudage (vitesse de rotation de la tête de torche 11, caractéristiques du courant électrique) sont programmés dans l'automate 8, de façon classique, et sont imposés à la torche via une ligne 29. En outre, cet automate contient un programme qui définit la pression différentielle entre les deux gaz en fonction de la position angulaire de la tète de torche, et c'est ce signal qu'il envoie au régulateur 20 via la ligne 26. Cette position angulaire est captée par le pistolet 7, et un signal correspondant est envoyé à l'automate, via une ligne 30. En service, les sources 9 et 17 fournissent les deux gaz à un débit constant préréglé. Le débit de gaz de protection envers s'échappant du manchon 14 via la sortie 18 est également constant, et il en donc de même de la pression de ce gaz. La régulation de la pression différentielle consiste donc en une régulation de la pression du gaz de soudage, laquelle s'effectue par simple régulation du débit s'échappant à travers la vanne 22, comme décrit plus haut. En pratique, le programme de variation de pression peut consister en une série d'un nombre li- mité de valeurs de pression (par exemple une dizaine de valeurs) correspondant à autant de positions angu- laires de la tête de torche, avec une valeur minimale de pression lorsque l'électrode est dirigée vers la génératrice inférieure du joint soudé circulaire à réaliser et une valeur maximale lorsque l'électrode est dirigée vers la génératrice supérieure de ce joint. La surpression du gaz de soudage peut être par exemple de 10 mbars lorsque l'électrode est tournée vers le haut et de 5 mbars lorsqu'elle est tournée vers le bas, avec une pression relative du gaz de pro- tection envers constante et égale à 1 mbar environ. Lorsque le soudage s'effectue en courant électrique pulsé, le signal fourni par le capteur 21 est filtré par le régulateur 20 avant son traitement. L'appareil de la Fig. 1 convient bien lors- que le volume de gaz de soudage contenu dans le tube 1 est relativement faible. Par contre, dans le cas du soudage de tubes de grande longueur, qui mesurent par exemple environ 30 mètres de long, les pertes de charge dans le tube ainsi que les phénomènes dynamiques rendent difficile le réglage précis de la manière décrite plus haut de la pression du gaz de soudage au voisinage de l'électrode. De plus, les tubes d'un générateur de vapeur étant très nombreux, une erreur peut se produire lors du positionnement de l'embout 25. Il est alors préférable d'avoir recours à la variante de la Fig. 2, qui diffère de la précédente par les points suivants: - l'embout 25 est supprimé, et un bouchon hermétique 31 est positionné dans le tube 1, à une petite distance au-delà du joint à réaliser, à travers la plaque tubulaire 3, avant l'introduction de la tor- che de soudage; - la torche 1OA comporte non seulement, com- me précédemment, des conduits d'amenée du gaz de sou- dage dans la région de l'électrode, mais également des conduits 32 d'évacuation de ce gaz, lesquels débou- chent dans la ligne 25A d'évacuation à laquelle sont reliés les éléments 21 à 23, comme à la Fig. 1, ce du côté de la plaque tubulaire opposée au tube 1. Le capteur de pression différentielle 21 est également relié à la prise de pression 19 comme précédemment. Le fonctionnement de l'appareil de la Fig. 2 est le même que celui décrit plus haut. Le faible volume de gaz de soudage délimité grâce au bouchon 31 permet d'obtenir la même précision de réglage de pression, et le même temps de réponse, quelle que soit la longueur du tube 1. REVENDICATIONS 1.Procédé de soudage à l'arc électrique, au moyen d'une torche de soudage (10, 10A) à électrode tournante (13), d'un joint circulaire ou analogue à axe à peu près horizontal, caractérisé en ce qu'on fait varier en fonction de la position angulaire de l'électrode (13) la différence de pressions entre l'intérieur et l'extérieur du joint, cette différence de pressions étant maximale lorsque l'électrode est dirigée vers le haut et minimale lorsqu'elle est dirigée vers le bas. 2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on amène un gaz de soudage dans la région de l'électrode (13) et un gaz de protection envers de l'autre côté du joint, caractérisé en ce qu'on main- tient constante la pression du gaz de protection envers, et l'on fait varier la pression du gaz de soudage en fonction de la position angulaire de l'é- lectrode. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on délimite autour de l'électrode (13), de part et d'autre du joint, un vo- lume relativement réduit dans lequel on régule la pression du gaz de soudage. 4. Procédé suivant la revendication 3, pour la fixation bout à bout d'un premier élément tubulaire (1) relativement court à un second élément tubulaire (2), caractérisé en ce qu'on introduit de façon étan- che la torche de soudage (10) dans le second élément tubulaire (2), on évacue le gaz de soudage par l'ex- trémité libre du premier élément tubulaire (1), et on régule le débit du gaz de soudage évacué. 5. Procédé suivant la revendication 3, pour la fixation bout à bout d un premier élément tubulaire (1) à un second élément tubulaire (2), caractérisé en ce qu'on introduit un bouchon hermétique (31) dans le premier élément tubulaire (1), d'un coté du joint, on introduit la torche de soudage (10A) dans le second élément tubulaire (2), de l'autre côté du joint, on évacue le gaz de soudage du côté de la torche, et on régule le débit du gaz de soudage évacué. 6. Appareil de soudage à l'arc électrique d'un joint circulaire ou analogue à axe à peu près horizontal, du type comprenant une tête de soudage (10; 10A) à électrode tournante (13) munie de moyens d'amenée de gaz de soudage dans la région de l'électrode, et des moyens (14, 17) d'amenée d'un gaz de protection envers de l'autre côté du joint, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens (6, 8) pour faire varier la pression différentielle entre le gaz de soudage et le gaz de protection envers en fonction de la position angulaire de l'électrode (13). 7. Appareil suivant la revendication 6, ca- ractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16 à 18) pour maintenir constante la pression du gaz de protec- tion envers, et des moyens (20, 22) pour faire varier la pression du gaz de soudage en fonction de la posi- tion angulaire de l'électrode (13). 8. Appareil suivant la revendication 7, ca- ractérisé en ce qu'il comprend des moyens (25; 31) pour délimiter un volume relativement réduit autour de l'électrode, de part et d'autre du joint. 9. Appareil suivant la revendication 8, pour la fixation bout à bout d'un premier élément tu- bulaire (1) relativement court à un second élément tubulaire (2), caractérisé en ce que la torche (10) comprend des moyens de positionnement étanche dans le second élément tubulaire (2), et en ce qu'il est prévu des moyens (20, 22) de régulation du débit de gaz de soudage évacué par l'extrémité libre du premier élé- ment tubulaire (1). 10. Appareil suivant la revendication 8, pour la fixation bout à bout d'un premier élément tubulaire (1) à un second élément tubulaire (2), ca- ractérisé en ce qu'il comprend un bouchon (31) destiné à être positionné hermétiquement dans le premier élé- ment tubulaire (1) d'un côté du joint, en ce que la torche (1OA) comprend des moyens de positionnement dans le second élément tubulaire (2) et des moyens (32) permettant l'évacuation du gaz de soudage de son côté, et en ce qu'il est prévu des moyens de régulation du débit de gaz de soudage évacué.