Brevet FR2883212A1 — publié le 20060922

PROCEDE DE GESTION DES PARAMETRES DE SOUDAGE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de gestion de paramètres de soudage, plus particulièrement destiné au soudage de conduits pour la réalisation de canalisations de type pipeline, ainsi qu'a un dispositif pour sa mise en oeuvre. Les pipelines sont réalisés à partir de conduits raccordés bout à bout par soudage. Les conduits disposés bout à bout forment une rainure au niveau de laquelle est déposé au moins un cordon de soudure assurant la liaison entre lesdits conduits. Cette opération peut être réalisée manuellement ou à l'aide d'un dispositif de soudage automatisé. Il existe de nombreux dispositifs assurant la dépose de manière automatique d'au moins un cordon de soudure entre les conduits. Ces dispositifs comprennent au moins un chariot supportant au moins une tête susceptible de se déplacer le long de la nervure avec chacune au moins une électrode à l'extrémité de laquelle est généré un arc électrique de manière à assurer la fusion d'un métal d'apport et des parois de la rainure. La fusion du métal d'apport par l'arc électrique combinée à celle partielle des extrémités des conduits, crée un bain de fusion qui en se solidifiant crée la liaison rigide entre les conduits. Selon les techniques de soudage, on peut utiliser une atmosphère protectrice et le métal d'apport peut se présenter sous la forme d'un fil utilisé comme électrode. Un dispositif de soudage comprend différents sous ensembles, un premier sous ensemble relatif au positionnement et/ou au mouvement de la ou des électrodes par rapport à la rainure à savoir des moyens pour assurer le déplacement du ou 2883212 2 des chariots, des moyens pour assurer le déplacement de la ou des électrodes par rapport à la tête, un deuxième sous ensemble relatif à l'arc électrique à savoir des moyens pour produire et contrôler l'arc électrique, un troisième sous ensemble relatif à l'alimentation en métal d'apport, à savoir des moyens pour générer et contrôler le défilement du fil, ainsi qu'éventuellement un quatrième sous ensemble relatif à l'atmosphère protectrice à savoir des moyens pour produire et contrôler l'atmosphère protectrice, l'ensemble étant piloté ou contrôlé par un ou plusieurs moyens de commande et de contrôle. La qualité de la liaison entre les conduits étant étroitement liée à la qualité de la soudure, il est important de contrôler les différents paramètres liés à cette opération de soudage et de conserver un arc électrique et un bain relativement stables. De manière non exhaustive, les paramètres sont la vitesse d'avance de la ou des têtes, les mouvements de la ou des électrodes, par exemple l'amplitude du mouvement d'oscillation et sa fréquence et/ou le positionnement ou centrage de l'électrode entre les parois de la rainure, la vitesse de défilement du fil d'apport, sa position en hauteur par rapport au bain, la forme de l'onde susceptible de produire l'arc électrique par exemple sa fréquence, son intensité, sa tension, .... Selon les cas, les paramètres peuvent être liés entre e.ux. Ainsi, la position en hauteur de l'électrode par rapport au bain peut être ajustée en fonction d'au moins une valeur électrique mesurée. Généralement, l'opération de soudage est réalisée sur des conduits non verticaux, dont les axes longitudinaux sont disposés sensiblement à l'horizontale 25 ou légèrement inclinés. Dans ces conditions, la tenue du bain est nécessairement influencée par la gravité, le bain n'étant pas orienté de la même manière le long de la circonférence des conduits. 2883212 3 Pour tenir compte de cette influence, certains paramètres de soudage ne sont pas constants mais sont programmés en fonction de la position circonférentielle de la tête et varient par paliers comme illustré sur la figure 1, les valeurs étant constantes au niveau de chaque palier. Ainsi, le dispositif comprend généralement deux têtes, chacune susceptible de se déplacer selon une plage variant de 0 à 180 , la valeur a d'un paramètre variant par paliers, avec par exemple une valeur al de 0 à 45 , a2 de 45 à 90 , a3 de 90 à 135 et a4 de 135 à 180 . Selon ce mode opératoire, l'opérateur programme les valeurs de chaque palier pour chaque paramètre susceptible d'être corrigé, afin que lesdites valeurs changent lorsque la tête passe au droit d'un repère prévu sur les conduits ou lorsque un calculateur déduit de manière théorique la position angulaire de la tête. En fonctionnement, pour chaque changement de palier, on note un changement brutal de la valeur des paramètres susceptibles d'être corrigés ce qui peut provoquer des instabilités au niveau de l'arc électrique et/ou au niveau du bain de fusion et induire des imperfections dans la soudure. Une première solution pour pallier cet inconvénient consiste à programmer une multitude de paliers autour de la circonférence, pour réduire les variations entre deux paliers consécutifs et lisser les changements de valeurs des paramètres. Toutefois, cette solution est fastidieuse au niveau de la programmation, l'opérateur devant saisir pour chaque position angulaire significative la valeur du palier. Enfin, la saisie d'un nombre important de valeurs lors de la programmation constitue une source d'erreurs susceptible de nuire à la qualité de la soudure. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de gestion des paramètres de soudage permettant de réduire les instabilités au niveau de l'arc électrique et/ou du bain de fusion afin d'améliorer la qualité de la soudure. 2883212 4 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de gestion d'au moins un paramètre relatif à une opération de soudage de conduits pour la réalisation d'une canalisation de type pipeline, à l'aide d'au moins un chariot supportant une tête susceptible de se déplacer le long de la circonférence des conduits à souder, chaque tête comportant au moins une électrode à l'extrémité de laquelle est généré un arc électrique de manière à assurer la fusion d'au moins un métal d'apport, ledit au moins un paramètre étant susceptible de varier lors de l'opération de soudage en raison notamment de l'influence de la gravité, caractérisé en ce qu'il consiste à faire évoluer la consigne d'au moins paramètre selon une fonction continue comprenant une succession de segments constant(s) et/ou linéaire(s) en fonction de la position angulaire de l'électrode et/ou linéaire(s) en fonction du temps. Le fait de faire évoluer la consigne d'au moins un paramètre selon une fonction continue permet d'éviter les changements brusques de la valeur du paramètre et d'éviter ainsi les imperfections de soudure liées à ces changements. Par ailleurs, le fait de faire évoluer les consignes selon des segments: linéaires permet d'une part de conserver un dispositif de commande et de contrôle relativement simple et d'autre part de simplifier les phases de programmation par l'utilisateur et les risques d'erreurs lors de la saisie. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme illustrant l'évolution par paliers d'un paramètre de soudage selon un procédé de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue en coupe illustrant les trajectoires de la ou des têtes autour des conduits, 2883212 5 - la figure 3 est un diagramme illustrant la linéarisation d'un paramètre de soudage en fonction de la position angulaire réelle de la tête selon le procédé de l'invention, - la figure 4 est un diagramme illustrant la linéarisation d'un paramètre de 5 soudage au début et à la fin de l'opération de soudage, et - la figure 5 est un diagramme illustrant un exemple de linéarisation d'un paramètre de soudage lors d'une opération de soudage. Sur la figure 2, on a représenté en coupe une canalisation de type pipeline constituée de conduits 10 disposés bout à bout reliés par:soudage. Pour réaliser la soudure, on utilise un dispositif de soudage susceptible d'assurer la dépose de manière automatique d'au moins un cordon de soudure entre les conduits. Ce dispositif comprend au moins un chariot supportant au moins une tête 14 susceptible de se déplacer le long de la nervure avec chacune au moins une électrode 16 à l'extrémité de laquelle est généré un arc électrique de manière à assurer la fusion d'au moins un métal d'apport et des parois de la rainure. Selon les techniques de soudage, on peut utiliser une atmosphère protectrice et le métal d'apport peut se présenter sous la forme d'un fil utilisé comme électrode. De manière connue, le dispositif de soudage comprend différents sous ensembles, un premier sous ensemble relatif au positionnement et/ou au mouvement de la ou des électrodes par rapport à la rainure à savoir des moyens pour assurer le déplacement du ou des chariots, des moyens pour assurer le déplacement de la ou des électrodes par rapport à la tête, un deuxième sous ensemble relatif à l'arc électrique à savoir des moyens pour produire et contrôler l'arc électrique, un troisième sous ensemble relatif à l'alimentation en métal d'apport, à savoir des moyens pour générer et contrôler le défilement du fil, ainsi qu'éventuellement un quatrième sous ensemble relatif à l'atmosphère protectrice à savoir des moyens pour produire et contrôler l'atmosphère 2883212 6 protectrice, l'ensemble étant piloté ou contrôlé par des moyens de contrôle unique ou spécifiques à chaque sous ensemble. Ces différents éléments ne sont pas représentés car ils sont parfaitement connus de l'homme de l'art. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend deux têtes 14 susceptibles de se déplacer le long de la circonférence des conduits 10, une première tête 14.1 pour la partie droite et une seconde tête 14.2 pour la partie gauche, chaque tête partant de la partie sommitale du conduit, prise comme origine pour la position angulaire de la tête, et se. déplaçant en suivant le profil du conduit jusqu'à la partie inférieure du conduit correspondant à la position angulaire 180 . Il est bien entendu possible de souder en effectuant un déplacement en montant, de la partie inférieure du conduit vers la partie sommitale du conduit, pour certaines applications particulières. Sur la figure 2, on a illustré le sens de déplacement de chaque tête par les flèches 18, la tête 14.1 étant représentée en pointillés dans une position 15 angulaire de l'ordre de 135 . Le dispositif comprend également des moyens de contrôle permettant de gérer les paramètres liés à l'opération de soudage, par exemple la vitesse d'avance de la ou des têtes, les mouvements de la ou des électrodes, par exemple l'amplitude du mouvement d'oscillation et sa fréquence et/ou le positionnement ou centrage de l'électrode entre les parois de la rainure, la vitesse de défilement du fil d'apport, sa position en hauteur par rapport au bain, la forme de l'onde susceptible de produire l'arc électrique par exemple sa fréquence, son intensité, sa tension, .... De préférence, lors de l'opération de soudage les axes longitudinaux 20 des 25 conduits sont disposés sensiblement à l'horizontale ou inclinés. Compte tenu de la disposition des conduits à souder, le bain de fusion et/ou l'arc électrique peuvent être influencés par la gravité. 2883212 7 Selon l'invention, on détermine pour au moins un paramètre des valeurs de consigne pour des angles significatifs et on réalise une linéarisation de la consigne dudit paramètre en fonction de la position angulaire de la tête ou du chariot et plus précisément de l'électrode entre chaque angle significatif de manière à faire évoluer ladite consigne du paramètre de manière linéaire entre les angles significatifs. Cette linéarisation de la consigne d'au moins un paramètre de soudage permet d'éviter les changements brusques de la consigne du paramètre et donc de la valeur du paramètre ce qui limite les risques d'imperfections de soudure liées à ces changements. Par ailleurs, le fait de prévoir un nombre limité d'angles significatifs permet de simplifier la programmation et de réduire les risques d'erreurs lors de la saisie. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend des moyens permettant de renseigner les moyens de contrôle sur la position angulaire de la ou des têtes. Ainsi selon un mode de réalisation, chaque tête ou chariot comprend un inclinomètre susceptible de renseigner en temps réel sur la position angulaire réelle de la tête correspondante, avec par exemple une précision de l'ordre de 0, 1 degré près. A titre d'exemple, comme illustré sur la figure 3, pour un paramètre V, on peut saisir pour un angle de 45 une valeur de consigne V1, pour un angle 90 une valeur de consigne V2, pour un angle de 135 une valeur de consigne V3 et pour un angle de 180 une valeur de consigne V4. Selon l'invention, pour passer de la valeur V1 à V2, la consigne du paramètre V suit une loi linéaire fonction de e de type V=alx 8+ bl, al et bl étant des réels, pour passer de la valeur V2 à V3, la consigne du paramètre V suit une loi linéaire fonction de e de type V= a2x 8+ b2, a2 et b2 étant des réels, pour passer de la valeur V3 à V4, la consigne du paramètre V suit une loi linéaire fonction de 8 de type V= a3x 8+ b3, a3 et b3 étant des réels. 2883212 8 Connaissant les points extrêmes de chaque segment, on peut déterminer l'équation de droite pour chacun desdits segments en définissant la valeur des coefficients ai, bl, a2, b2 a3, b3,.... En pratique, l'opérateur programme entre 5 et 10 angles significatifs et saisit pour chacun une valeur de consigne Vi du paramètre V. En variante, on pourrait programmer un plus grand nombre d'angles significatifs de l'ordre de 36. En fonctionnement, la valeur de la consigne du paramètre V est calculée en temps réel en fonction de la position angulaire exacte de la tête autour du tube fournit par l'inclinomètre. Selon les procédés de pilotage, la valeur du paramètre peut être égale à la valeur de la consigne du paramètre. Selon une autre variante, Ici valeur du paramètre V est mesurée et régulée en temps réel par rapport à la valeur de consigne linéarisée. A titre d'exemple, la valeur du paramètre V est calculée tous les 125 ms. Selon les variantes, les consignes de tous les paramètres de soudage peuvent être linéarisées ou seulement certaines en fonction de l'influence de la gravité sur lesdits paramètres. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut également linéariser la consigne d'un ou plusieurs paramètres lors de la séquence d'amorçage de l'arc électrique et/ou lors de la séquence d'extinction de l'arc électrique. Selon les modes opératoires, la séquence d'amorçage peut intervenir au droit ou non de la position angulaire 0 et la séquence d'extinction peut intervenir au droit ou non de la position angulaire 180 . Comme illustré sur la figure 4, pour la phase d'amorçage, l'opérateur saisit la durée T de cette séquence et éventuellement la valeur de consigne VO du paramètre à l'issue de la séquence d'amorçage. En fonctionnement, les consignes du ou des paramètres sont linéarisées en fonction du temps lors de cette séquence. De la même manière, pour la séquence d'extinction, l'opérateur saisit la 2883212 9 durée T de cette séquence. En fonctionnement, les consignes du ou des paramètres sont linéarisées en fonction du temps lors de la séquence d'extinction. En variante, la ou les durées des séquences d'amorçage et/ou d'extinction 5 peuvent être préprogrammées. Selon une autre caractéristique de l'invention, comme illustré sur la figure 5, les consignes d'un ou plusieurs paramètres V peuvent être linéarisées en fonction du temps et/ou de la position angulaire. A titre d'exemple, les valeurs de la consigne du paramètre V peuvent être linéarisées en fonction du temps pendant une durée T lors de la phase d'amorçage pour atteindre une valeur de consigne V1. Par la suite, le paramètre V peut conserver une valeur de consigne V1 constante pendant une durée ou entre deux positions angulaires 81 et 82. Il peut en suivant varier de manière linéaire en fonction du temps pendant une durée Ti pour passer dl'une valeur de consigne V1 à V2, pour conserver une valeur de consigne V2 constante pendant une durée ou entre deux positions angulaires 82 et 83. Par la suite, le paramètre V peut varier de manière linéaire en fonction de la position angulaire pour passer d'une valeur de consigne V2 à V5 entre deux positions angulaires 83 et 85 avec une position angulaire significative 84 avec une valeur de consigne V4. Enfin, le paramètre V peut conserver une valeur constante pendant une durée ou entre deux positions angulaires 05 et 06 pour varier de manière linéaire en fonction du temps pendant une durée T lors de la phase d'extinction. Selon l'invention, pour chaque angle significatif, il est possible de faire varier de manière linéaire en fonction du temps, pendant une durée prédéterminée la consigne du ou des paramètres entre une valeur constante avant l'angle significatif considéré et une valeur constante après l'angle significatif considéré. Cette variante permet d'obtenir une fonction continue de la consigne du ou des paramètres avec un dispositif de commande et de contrôle simplifié. 2883212 10 La durée de la variation linéaire pourra être commune pour tous les angles significatifs, ou être programmée pour chacun des angles significatifs. Dans tous les cas, selon l'invention, la consigne d'au moins un paramètre de soudage est une fonction continue comprenant une succession de segments constant(s) et/ou linéaire(s) en fonction de la position angulaire de la tête de soudage et/ou linéaire(s) en fonction du temps. Le fait de faire évoluer la consigne du paramètre selon une fonction continue permet d'éviter les changements brusques de la consigne. du paramètre et donc de la valeur du paramètre ce qui limite les risques d'imperfections. Par ailleurs, le fait de faire évoluer les consignes selon des segments linéaires permet d'une part de conserver un dispositif de commande et de contrôle relativement simple et d'autre part de simplifier les phases de programmation par l'utilisateur et les risques d'erreurs lors de la saisie. Selon l'invention, les moyens de commande et de contrôle comprennent des moyens de mémorisation permettant de stocker les valeurs saisies par l'opérateur ou pré-programmées, par exemple les angles significatifs, les consignes du ou des paramètres pour lesdits angles significatifs et éventuellement la ou les durées des variations linéaires au droit des angles significatifs et/ou durant les séquences d'amorçage et/ou d'extinction. Ils comprennent également des moyens de calcul permettant de calculer la consigne du ou des paramètres lors de l'évolution linéaire en fonction du temps ou en fonction de la position angulaire. Le procédé de l'invention ainsi que le dispositif associé peuvent être utilisés que ce soit en configuration de chanfrein étroit ou de chanfrein large, que ce soit en soudage mono-torche ou soudage multi-torches, quelle que soit la composition chimique des tubes métalliques à assembler ou du métal d'apport, avec une électrode fusible ou non. Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne le nombre d'angles significatifs, la linéarisation ou non des séquences d'amorçage et d'extinction. 12 REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion d'au moins un paramètre relatif à une opération de soudage de conduits pour la réalisation d'une. canalisation de type pipeline, à l'aide d'au moins un chariot supportant une tête susceptible de se déplacer le long de la circonférence des conduits à souder, chaque tête comportant au moins une électrode à l'extrémité de laquelle est généré un arc électrique de manière à assurer la fusion d'au moins un métal d'apport, ledit au moins un paramètre étant susceptible de varier lors de l'opération de soudage en raison notamment de l'influence de la gravité, caractérisé en ce qu'il consiste à faire évoluer la consigne dudit au moins paramètre selon une fonction continue comprenant une succession de segments constant(s) et/ou linéaire(s) en fonction de la position angulaire de l'électrode et/ou linéaire(s) en fonction du temps. 2. Procédé de gestion d'au moins un paramètre relatif à une opération de soudage de conduits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer pour au moins un paramètre des valeurs de consigne pour des angles significatifs et à réaliser une linéarisation de la consigne dudit paramètre en fonction de la position angulaire de l'électrode entre chaque angle significatif de manière à faire évoluer la consigne dudit paramètre de manière linéaire entre les angles significatifs. 3. Procédé de gestion d'au moins un paramètre relatif à une opération de soudage de conduits selon la revendication 2,, caractérisé en ce qu'il consiste à calculer en temps réel la valeur de la consigne du paramètre en fonction de la position exacte de l'électrode. 4. Procédé de gestion d'au moins un paramètre relatif à une opération de soudage de conduits selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 2883212 13 la valeur dudit paramètre est mesurée en temps réel et régulée en temps réel par rapport à la valeur de consigne linéarisée. 5. Procédé de gestion d'au moins un paramètre relatif à une opération de soudage de conduits selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à linéariser en fonction du temps un ou plusieurs paramètres lors de la séquence d'amorçage de l'arc électrique et/ou lors de la séquence d'extinction de l'arc électrique. 6. Procédé de gestion d'au moins un paramètre relatif à une opération de conduits selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier de manière linéaire en fonction du temps, pendant une durée prédéterminée le ou les paramètres, pour au moins un angle significatif, entre une valeur avant l'angle significatif considéré et une valeur après l'angle significatif considéré. 7. Dispositif de soudage de conduits pour la réalisation d'une canalisation de type pipeline, comportant d'au moins un chariot supportant une tête susceptible de se déplacer le long de la circonférence des conduits à souder, chaque tête comportant au moins une électrode à l'extrémité de laquelle est généré un arc électrique de manière à assurer la fusion d'au moins un métal d'apport, ainsi qu'au moins un système de commande et de contrôle des paramètres de soudage, au moins un desdits paramètres étant susceptible de varier lors de l'opération de soudage en raison notamment de l'influence de la gravité, ledit dispositif étant adapté pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque de revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire évoluer la consigne dudit au moins paramètre selon une fonction continue comprenant une succession de segments constant(s) et/ou linéaire(s) en fonction de la position angulaire de l'électrode et/ou linéaire(s) en fonction du temps. 2883212 14 8. Dispositif de soudage de conduits selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de renseigner les moyens de commande et de contrôle sur la position angulaire de la ou des électrodes. 9. Dispositif de soudage de conduits selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de commande et de contrôle comprennent des moyens de mémorisation permettant de stocker pour un ou plusieurs paramètres les angles significatifs, les consignes du ou des paramètres pour lesdits angles significatifs et éventuellement la ou les durées des variations linéaires au droit des angles significatifs et/ou durant les séquences d'amorçage et/ou d'extinction ainsi que des moyens de calcul permettant de calculer la consigne du ou des paramètres lors de l'évolution linéaire en fonction du temps ou en fonction de la position angulaire.