Brevet FR2719512A1 — publié le 19951110

La présente invention est relative à un dispositif d'usinage d'une zone de jonction entre une tuyauterie principale et une tuyauterie de piquage rapportée. Une telle zone de jonction est, par exemple, une zone de soudure entre deux tuyauteries métalliques de circuit secondaire de centrale nucléaire. Il a déjà été proposé par la Demanderesse dans sa demande de brevet français nO 93.04496, un dispositif permettant d'intervenir sur la surface interne d'une telle zone de jonction pour notamment réagréer les soudures qui présentent des défauts. Le dispositif décrit dans cette demande de brevet permet un meulage de surface de la zone de jonction, ainsi qu'un examen par ressuage de celle-ci. I1 ne peut cependant pas être utilisé pour réaliser des usinages importants. Or, pour éliminer certains défauts des soudures de piquage, tels que ceux dus au collage entre passes de soudage et aux soufflures et inclusions dans la compacité des soudures, on est parfois conduit à enlever par meulage jusqu'à un tiers de l'épaisseur de la soudure initiale. A ce jour, de tels affouillements sont réalisés par des opérateurs introduits dans la tuyauterie principale manipulant des machines de meulage classiques. Ces interventions sont longues et pénibles pour les opérateurs. Un but de l'invention est donc de proposer un dispositif permettant de réaliser de façon automatique des usinages en force sur de telles zones de jonction entre tuyauteries. Pour résoudre ce problème, l'invention propose un dispositif pour l'usinage d'une zone de jonction entre une tuyauterie principale et une tuyauterie de piquage rapportée sur cette tuyauterie principale, comportant, d'une part, un fût destiné à être disposé à l'intérieur de la tuyauterie de piquage et des moyens pour le support dudit fût par rapport à la tuyauterie de piquage, et d'autre part, un bras s'étendant au moins en partie dans ledit fût et apte à pivoter et à se translater dans celuici, ledit bras étant terminé à une extrémité de travail à l'extérieur du fût par des moyens pour porter un moteur et un outil d'usinage, une came et des roulements portés par le fût et le bras coopérant pour déplacer le bras selon la direction selon laquelle le fût s'étend, en fonction du déplacement angulaire communiqué audit bras, de façon à déplacer l'outil selon une trajectoire correspondant au profil théorique de la zone de jonction, caractérisé en ce que les moyens pour porter le moteur et l'outil d'usinage, qui terminent le bras, comportent des flasques destinés à porter un ensemble formant table, cet ensemble formant table étant destiné à porter un bloc-outil comportant le moteur et un arbre rotatif entraîné par ledit moteur et terminé par un outil, de façon que cet arbre s'étende dans la tuyauterie principale sensiblement parallèlement à l'axe de la tuyauterie de piquage, au droit de la zone de jonction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention, en place sur des tuyauteries principale et de piquage sur lesquelles il doit intervenir la figure 2 est une vue en coupe transversale des moyens assurant le maintien du dispositif de la figure 1 dans la tuyauterie de piquage la figure 3 est une vue en coupe de la table du dispositif de la figure 1, selon la ligne III-III de la figure 4 la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3 la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 3. Le dispositif représenté sur la figure 1 a été référencé par D dans son ensemble. I1 est destiné à permettre une intervention sur une zone de jonction Z entre une tuyauterie principale 1 et une tuyauterie de piquage 2 rapportée sur cette tuyauterie principale 1. Le dispositif D comporte principalement - un ensemble 3 assurant le maintien et le centrage du dispositif D par rapport au piquage 2, - une table d'usinage 4 portée par l'ensemble de centrage 3, - un bloc-outil 5 porté par la table d'usinage 4. L'ensemble de maintien et de centrage 3 comporte en sa partie supérieure une tête de serrage 6, sur laquelle est fixé un fût axial 7, destiné à s'étendre dans la tuyauterie de piquage 2. Ce fût 7 présente une enveloppe externe 7a et un arbre interne 7b coaxiaux définissant ensemble un logement tubulaire 7c dans lequel est reçu un mandrin 8 susceptible de coulisser et de pivoter axialement par rapport audit fût 7. La tête de serrage 6 a été représentée en coupe sur la figure 2. Elle comporte principalement trois pistons de serrage 9 répartis sur son pourtour. Ces trois pistons 9 sont montés sur des rondelles belleville 10 formant ressort et sont chacun associés à un circuit hydraulique 11 de commande (figure 1) permettant d'exercer sur les pistons 9 un effort contraire à celui desdites rondelles 10. Lorsque les circuits hydrauliques 11 ne sont pas sous pression, les rondelles belleville 10 repoussent les pistons 9 vers l'extérieur, contre la face intérieure de la tuyauterie de piquage 2, de façon à réaliser le serrage de maintien. Lorsque les circuits hydrauliques 11 sont sous pression, par exemple lors du montage ou du démontage du dispositif D par rapport aux tuyauteries, les pistons 9 et les rondelles belleville 10 sont repoussés à l'intérieur de la tête de serrage 6. Un axe démontable 12 de section triangulaire définit les trois portées internes sur lesquelles les rondelles belleville 10 prennent appui. Des cales démontables 13 sont interposées entre les portées de l'axe triangulaire 12 et les rondelles belleville 10, de façon à ajuster le débattement des pistons 9, et les efforts de serrage correspondants, au diamètre intérieur du piquage 2. L'axe triangulaire 12 présente un évidement tubulaire axial 12a, sur lequel est vissé un tube 14 (figure 1) pour l'alimentation du dispositif D en fluides de fonctionnement et en particulier en air comprimé, à partir de l'extérieur. Ce tube 14 s'étend, à cet effet, à travers la tuyauterie de piquage 2, jusqu'à la soupape de celle-ci. Ce tube 14 porte en outre à son extrémité opposée au reste du dispositif D une bride 14a, qui vient en appui sur la bride supérieure de la soupape pour assurer un maintien supplémentaire du dispositif D par rapport aux tuyauteries. L'évidement 12a de l'axe 12 communique avec une chambre intérieure tubulaire axiale 7d que présente l'arbre interne 7b du fût 7. L'axe 12 est fixé sur le fût 7 de façon démontable à partir de l'intérieur de l'arbre 7b. Ceci permet, lorsque le circuit hydraulique 11 se bloque et ne permet plus le retrait des pistons 9, à un opérateur à l'intérieur de la tuyauterie principale 1 de libérer l'axe 12 par rapport au fût 7, de façon qu'en tirant le tube 14 à partir de l'extérieur de la tuyauterie de piquage 2, on puisse désengager l'axe 12 par rapport aux rondelles belleville 10 et libérer les pistons 9. Sur l'enveloppe externe 7a du fût 7 sont montées deux paires diamétralement opposées de galets 15. Ces galets 15 sont en saillie intérieure par rapport à cette enveloppe externe 7a. Ils viennent en appui sur des portées 16 formant came que présente le mandrin 8 mobile. Ces portées 16 entourent ledit mandrin 8 avec une forme en selle de cheval permettant de déplacer l'outil d'usinage 5 selon une trajectoire correspondant à la géométrie de la zone d'intersection Z. Une bague 17 en bronze est rapportée sur le mandrin 8, pour faciliter la rotation dudit mandrin 8 dans le logement tubulaire 7a. L'air sous pression emmagasiné dans la chambre interne 7d est en outre utilisé pour équilibrer la charge du mandrin 8 par rapport au fût fixe 7. Sur l'extrémité du mandrin 8 en saillie par rapport au fût 7, est montée une pièce 18 qui présente des flasques 19 destinés à supporter la table d'usinage 4. Cette table d'usinage 4 présente en particulier un moyeu interne rotatif 20 qui coopère avec un arbre hexagonal 21 fixé à l'arbre interne du fût fixe 7 et engagé dans ledit moyeu 20, pour que la rotation de la table 4 par rapport à son moyeu 20 entraîne le mandrin 8 en rotation par rapport au fût 7. La pièce 18 est traversée radialement par des orifices (non représentés) se terminant extérieurement par des buses de raccordement sur lesquelles se branchent des tubes destinés notamment à l'alimentation des moteurs du dispositif par l'air comprimé reçu dans la chambre tubulaire interne 7d. La pièce 18 présente également des orifices internes qui permettent d'alimenter en fluide lubrificateur la zone d'accouplement rotatif entre la table 4 et son moyeu 20, pour assurer sa lubrification permanente. La table 4 présente d'un côté du moyeu 20 un étrier 22 en U, entre les branches duquel une partie du bloc-outil 5 est destinée à être disposée. De l'autre côté du moyeu 20, la table 4 présente un berceau 23 en saillie inférieure par rapport au reste de la table 4, ce berceau 23 étant défini par deux oreilles latérales reliées entre elles par un fond, dans lequel est disposé un jeu de pignons d'entraînement 23a. Ces pignons 23a sont entraînés par l'arbre 24 d'un moteur 25 porté par un flanc latéral de la table 4, ledit arbre 24 s'étendant le long dudit flanc. Ils sont répartis sur toute la largeur de la table 4 et du berceau 23 (figure 4), de façon à entraîner un arbre de transmission 26 (figure 3) s'étendant le long de l'autre flanc latéral de la table 4. Cet arbre de transmission 26 présente une vis sans fin 27 qui engrène sur une roue de transmission 28, d'axe perpendiculaire et située dans l'oreille du flanc dudit arbre de transmission 26. Cette roue 28 est fixée à une roue 29 de plus petit diamètre et de même axe qui engrène avec une roue 30 (figure 5) fixée sur un arbre 31 s'étendant transversalement dans la largeur de la table 4. Cet arbre 31 présente lui-même une vis sans fin 32 qui engrène sur une roue 33 que présente le moyeu 20 de pivotement de la table. Ainsi, par ce jeu d'engrenages, le moteur d'entraînement 25 commande la rotation de la table autour de son moyeu 20 et de l'axe hexagonal 21. L'arbre 31 est en outre terminé, à chacune de ces extrémités, par un volant 31a permettant à un opérateur de commander manuellement la rotation de la table 4. L'arbre d'entraînement latéral 26 porte, au-delà de sa vis sans fin 27, un manchon d'accouplement 34 (figure 3) destiné, dans une de ses positions, à s'engager sur un arbre 35 du bloc-outil 5, de façon que la rotation de l'arbre 26 entraîne celle de l'arbre 35. Le bloc-outil 5 va maintenant être décrit. I1 est fixé sous la table 4 (figure 3 - figure 4) par l'intermédiaire de quatre vis passées dans des lumières 36 que présentent les branches de l'étrier 22. Ce bloc-outil 5 présente un moteur 37 qui assure la rotation d'une broche d'usinage 38, qui est reçue dans le berceau 23. La broche 38 est montée sur un arbre 39, qui, en fonctionnement, s'étend entre les branches de l'étrier 22, parallèlement à l'axe du fût 7. La broche 38 est alors située au-dessus de la table 4. Cet arbre 39 est monté axialement coulissant par rapport au reste du bloc-outil 5. I1 est entraîné en rotation par un pignon 40 (figure 1) dans lequel il peut coulisser et auquel il est relié par une clavette 41. Ce pignon 40 est lui-même entraîné par engrènement sur un pignon conique 42 fixé sur l'arbre 43 du moteur 37. Le déplacement d'avance axial de la broche 38 et de l'arbre 39 par rapport à la table 4 est commandé par la rotation de l'arbre 35, et donc par le moteur 25 lorsque l'arbre 26 est accouplé audit arbre 35 par le manchon 34. A cet effet, l'arbre 39 qui porte la broche 38 traverse un manchon 44 (figures 1 et 4) qui présente extérieurement un filetage qui coopère avec le filetage interne d'un écrou d'avance 45. Le manchon 44 communique à l'arbre 39 ses déplacements axiaux. L'écrou 45 présente une denture externe qui engrène avec une vis sans fin 46 d'un arbre 47 traversant transversalement le bloc-outil 5. Cet arbre 47 est solidaire à une extrémité d'une roue 48 qui engrène avec une vis sans fin 49 qui prolonge l'arbre 35. Ainsi, le moteur 25 qui entraîne l'arbre 35 entraîne le déplacement axial du manchon 44 et de l'arbre 39. L'arbre 47 se termine extérieurement à chacune de ses extrémités par des écrous 47a sur lesquels un opérateur peut facilement monter des moyens moteurs, tels qu'une dévisseuse pneumatique, pour réaliser une avance rapide de la broche 38. Les différents engrenages sont calculés pour permettre une plongée progressive dans le métal, une rotation complète de la table s'effectuant en environ 15 mn et permettant une plongée de 6 mm dans l'épaisseur de la soudure. Sur la zone inférieure de l'arbre 39 est monté un disque 50 formant butée dont la position sur ledit arbre est réglable. Cette butée 50 permet à l'opérateur d'ajuster la profondeur de passe. Un commutateur pneumatique manuel (non représenté), également alimenté par l'air comprimé envoyé dans la chambre 7d, permet à tout instant de débrayer le manchon 34 et donc l'avance automatique de la profondeur de passe, lorsque la fouille est terminée ou lorsque l'opérateur souhaite passer en mode manuel. La commande pneumatique comporte en outre un autre contacteur permettant de sélectionner le sens de rotation de la table et donc de procéder à la réalisation de fouilles localisées. Elle permet également un réglage continu de la vitesse de rotation. Le bloc-outil 5 qui vient d'être décrit est équipé d'un vérin pneumatique (non représenté) monté sur roulettes qui est susceptible de venir supporter le blocoutil 5 en prenant appui sur le fond de la tuyauterie principale 1. En particulier, lorsque l'opérateur souhaite changer la fraise de meulage, il fait basculer le blocoutil 5 autour d'un axe 51 du berceau 23 (figure 1), après avoir retiré les vis de liaison entre la table 4 et le bloc-outil 5 ; il fait alors porter le bloc-outil 5 ainsi pivoté par le vérin précité. Une fois le changement de fraise intervenu, ce vérin est actionné pneumatiquement pour replacer le bloc-outil 5 par rapport à la table 4. La mise en place d'un tel dispositif va maintenant être décrite. La table 4, le bloc-outil 5 et l'ensemble de maintien 3 (sans son tube d'alimentation 14) sont introduits dans la tuyauterie principale 1 par une vanne du type DELAS. Les dimensions respectives de ces différents ensembles sont en effet choisies pour permettre leur passage d'un côté ou de l'autre de la barre de guidage de piston que présente une telle vanne DELAS. Ces trois ensembles sont ensuite acheminés, avec un opérateur, jusqu'à la tuyauterie de piquage 2 à laide de chariots de manutention roulant dans la tuyauterie principale 1. Une fois que l'ensemble 3 est à l'aplomb de la zone de jonction Z sur laquelle on souhaite intervenir, l'opérateur connecte la tête de serrage 6 à des flexibles d'alimentation du circuit 11, préalablement introduit par le piquage 2. Une élingue est passée sur l'ensemble 3 qui est hissé de l'extérieur, au moyen de cette élingue, dans la tuyauterie de piquage 2. Une pompe hydraulique (non représentée) met sous pression les circuits 11 de sorte que les pistons 9 sont dans leur position effacée dans la tête de serrage 6. Lorsque le fût 7 est dans le piquage 2, l'opérateur le positionne angulairement en se servant de repères de détrompage portés par ledit fût 7. Une fois la position souhaitée atteinte, la pression est coupée dans les circuits 11, de façon que les pistons 9 prennent leur position où ils sont sortis de la tête de serrage 6. Des taquets de serrage inférieurs (non représentés) portés par le fût 7 permettent à l'opérateur de finir d'ajuster la position du fût 7 et du mandrin 8 dans le piquage 2. Le tube 14 est ensuite introduit par la soupape du piquage 2 et vissé sur la tête de serrage 6. La table 4 et le bloc-outil 5 sont ensuite assemblés à l'aide de quatre vis. Puis l'ensemble table 4/bloc-outil 5 est soulevé à l'aide du chariot de manutention et fixé par plusieurs vis sur les flasques 19. Après vérification de la mise en place correcte de l'outillage, l'opérateur doit procéder aux opérations suivantes - mise en rotation de la table 4 à l'aide des volants 31, afin d'amener l'outil de coupe au niveau de la partie basse de la selle de cheval, - réglage radial du bloc-outil 5 par déblocage de deux vis traversant les lumières 36, - montée rapide de la broche 38 par mise en rotation à l'aide d'une dévisseuse pneumatique de l'un des écrous 47a situés sur les côtés du bloc-outil 5, - réglage de la profondeur de fouille désirée à l'aide du disque 50 formant butée de profondeur ; ce disque 50, lorsque la profondeur de fouille désirée est obtenue, vient appuyer sur un commutateur pneumatique qui débraye la prise de passe, - mise en route de la broche 38 par action sur le contacteur pneumatique alimentant le moteur 37 de broche, - mise en route du moteur 25 permettant la rotation de la table 4 et la prise de profondeur de passe, - mise en place de l'embrayage 34 situé entre la table 4 et le bloc-outil 5. Lors de l'usinage, l'opérateur peut agir sur le débit d'air du moteur d'entraînement 25 s'il juge que la vitesse de rotation est trop élevée. Pour le changement de l'outil de coupe, l'opérateur devra dévisser l'écrou de maintien de la fraise et débloquer le cône de la fraise, mettre en place le vérin de basculement du bloc-outil 5 par rapport à la table 4, dévisser les vis de maintien table 4/bloc outil 5, actionner le vérin de basculement, retirer le cône, en introduire un autre et procéder de façon inverse pour le remontage. Lorsque l'intervention est terminée, la machine est déposée et extraite de la tuyauterie principale 1 par la vanne DELAS ou acheminée sous le nouveau piquage à usiner. Les avantages de l'outillage qui vient d'être décrit sont les suivants - il permet un usinage interne important de la soudure d'un piquage, - le coût de revient de l'intervention de remise en état de la soudure est très inférieur au coût de remplacement du piquage, - il permet en particulier un gain de temps très appréciable de cette intervention par rapport au temps nécessaire au remplacement d'un piquage ou d'une clarinette, - il est utilisable sur tout piquage de type pénétrant (moyennant certaines modifications), - il peut être utilisé pour réaliser des usinages sur des piquages horizontaux, - il peut fonctionner avec différents types d'outils de coupe (forets,..., etc.). REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'usinage d'une zone de jonction (Z) entre une tuyauterie principale (1) et une tuyauterie de piquage (2) rapportée sur cette tuyauterie principale (1), comportant, d'une part, un fût (7) destiné à être disposé à l'intérieur de la tuyauterie de piquage (2) et des moyens (6) pour le support dudit fût (7) par rapport à la tuyauterie de piquage (2), et, d'autre part, un bras (8) s'étendant au moins en partie dans ledit fût (7) et apte à pivoter et à se translater dans celui-ci, ledit bras (8) étant terminé à une extrémité de travail à l'extérieur du fût par des moyens (18) pour porter un moteur (37) et un outil d'usinage (38), une came (16) et des roulements (15) portés par le fût t7) et le bras (8) coopérant pour déplacer le bras (8) selon la direction selon laquelle le fût (7) s'étend, en fonction du déplacement angulaire communiqué audit bras (8), de façon à déplacer l'outil (38) selon une trajectoire correspondant au profil théorique de la zone de jonction (Z), caractérisé en ce que les moyens (18) pour porter le moteur (37) et l'outil d'usinage (38), qui terminent le bras (8), comportent des flasques (19) destinés à porter un ensemble formant table (4), cet ensemble formant table (4) étant destiné à porter un bloc-outil (5) comportant le moteur (37) et un arbre rotatif (39) entraîné par ledit moteur (37) et terminé par un outil (38), de façon que cet arbre (39) s'étende dans la tuyauterie principale (1) sensiblement parallèlement à l'axe de la tuyauterie de piquage (2), au droit de la zone de jonction (Z). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble formant table (4) porte un moteur (25) qui l'entraîne, avec le bras (8), en rotation par rapport au fût (7). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble formant table (4) et le bloc-outil (5) portent un jeu d'engrenages (23a, 26, 35, 48, 47, 45, 44) par l'intermédiaire duquel le moteur (25), qui entraîne l'ensemble formant table (4) et le bras (8) en rotation, entraîne également le déplacement de passe de l'arbre rotatif (39) qui porte l'outil (38). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le fût (7) présente une enveloppe externe (7a) et un arbre interne (7b), le bras (8) étant un mandrin passé sur l'arbre (7b) dans l'évidement tubulaire (7c) défini par ledit arbre et l'enveloppe externe, l'ensemble formant table (4) présentant un moyeu (20) tournant fixé à l'arbre interne (7b) par un axe hexagonal (21). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fût (7) présente une tête de serrage (6) présentant une pluralité de pistons (9) répartis régulièrement sur son pourtour, des moyens (10) formant ressort repoussant ces pistons (9) vers l'extérieur du fût (7), de façon à maintenir ledit fût (7) par serrage contre la face interne de la tuyauterie de piquage (2). 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens formant ressort (10) sont du type rondelles belleville. 7. Dispositif selon l'une des revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'escamotage des pistons (9) est commandé par des moyens hydrauliques (11) aptes à exercer un effort de rappel s'opposant à l'effort des moyens formant ressort (10). 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la tête de serrage (6) comporte un axe polygonal (12) dont les faces définissent les portées sur lesquelles les moyens formant ressort (10) prennent appui, cet axe polygonal (12) pouvant être démonté à partir de l'intérieur du fût (7) de façon à libérer les moyens formant ressort (10) et les pistons (9). 9. Dispositif selon la revendication 4 prise seule ou en combinaison, caractérisé en ce que les moteurs (25, 37) sont actionnés par air comprimé, l'arbre interne (7b) du fût (7) étant traversé axialement par une chambre tubulaire (7d) communiquant avec des orifices par l'extrémité du mandrin (8) sur lesquels se branchent des tubes d'alimentation notamment des moteurs (25, 37). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'air comprimé est également utilisé pour équilibrer la charge entre le mandrin (8) et le fût (7). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras (8) est entouré par une bague en bronze (17) qui facilite sa rotation par rapport au fût (17).