Brevet FR2884741A1 — publié le 20061027

Procédé de soudaqe automatique de canalisations métalliques du type pipeline et son dispositif de mise en oeuvre La présente invention concerne un procédé de soudage automatique de canalisations métalliques du type pipeline, permettant en particulier le transport de io gaz, pétrole ou eau, ainsi que son dispositif de mise en oeuvre. Les canalisations métalliques du type pipeline sont obtenues par la mise en place bout à bout de conduits qui sont ensuite soudés. Parmi les procédés de soudage existants, le procédé de soudage automatique sous gaz du type MIG/MAG, permet de réaliser le soudage par l'extérieur de deux conduits métalliques pour former la canalisation de type pipeline par dépôt du matériau constituant le fil électrode fusible sous l'effet de l'arc électrique, sous atmosphère de protection par la diffusion d'un gaz de protection inerte ou actif. Un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé de soudage automatique comprend de manière habituelle un chariot portant au moins une torche de soudage qui guide le fil électrode fusible sur le plan de joint défini entre les conduits et qui amène le courant à son extrémité pour générer un arc électrique ainsi que le gaz de protection, la torche de soudage étant animée d'un mouvement oscillant transversalement au plan de joint entre les conduits. Généralement, les conduits présentent des extrémités usinées de sorte qu'une fois mises en place, les extrémités alignées sans jour forment un chanfrein étroit. Lorsqu'on soude des conduits en chanfrein étroit avec le procédé de soudage MIG/MAG, on utilise en tant qu'électrode fusible constituant le métal d'apport, un ou des fils de section circulaire, et l'oscillation de la torche de soudage, transversalement au plan de joint, permet de garantir une fusion latérale appropriée des bords du chanfrein étroit. Cette oscillation peut être de type pendulaire, linéaire ou autre. Les paramètres électriques tels que la tension, l'intensité qui est fonction de la longueur terminale du fil sorti et de la vitesse de dévidage du fil électrode, liés à l'arc de soudage sont généralement constants pour une position angulaire donnée autour des conduits à assembler dans la mesure où ces paramètres ne varient pas de manière intentionnelle en fonction du mouvement d'oscillation. i0 Cette constance des paramètres entraîne au moins deux inconvénients majeurs lors du mouvement d'oscillation de la torche de soudage. Ainsi, lors de la première passe, encore appelée passe de pénétration, si l'on soude sans latte support envers, l'arc électrique doit être suffisamment puissant pour fusionner les bords du chanfrein mais doit être de puissance moindre au niveau du plan de joint pour éviter de le percer. La plage de tolérance est très étroite, en particulier lorsqu'on soude la partie inférieure des conduits, ledit conduit étant fixe à axe horizontal (position plafond) et le risque de formation d'imperfections est élevé. De plus, lors des passes de remplissage ultérieures, il n'est pas nécessaire de prévoir un pouvoir d'interpénétration important dans le plan de joint puisqu'une bonne fusion des bords du chanfrein est principalement recherchée. La sur-pénétration dans l'axe de la soudure entraînerait une baisse de la qualité de la soudure, une augmentation de la sensibilité à la fissuration à chaud ainsi que la formation de poches de gaz isolées. Enfin, cette interpénétration trop importante peut engendrer des problèmes de maintien du bain de fusion, en position inférieure, en particulier en position plafond, le rapport largeur/hauteur du bain trop important faisant tomber le bain de fusion. Une solution peut consister à augmenter la durée de maintien de la torche aux positions latérales tout en conservant une fréquence d'oscillation identique, et en augmentant la vitesse de déplacement de la torche lors du mouvement transversal. Ceci peut permettre de réduire le pouvoir d'interpénétration et d'augmenter le pouvoir de pénétration latérale. Toutefois, des instabilités d'arc et de bain de fusion résultantes du déplacement latéral rapide de la torche de soudage peuvent survenir. En conséquence, la présente invention vise un procédé de soudage automatique to ou semi-automatique tel que du type MIG/MAG qui ne présente pas ces inconvénients et avec lequel on améliore la fusion latérale tout en contrôlant la fluidité du bain de fusion autour de la soudure. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de soudage automatique tel que du type MIG/MAG, destiné en particulier à souder des conduits pour former une canalisation de type pipeline, à l'aide d'au moins une torche de soudage animée d'un mouvement oscillant transversalement au plan de joint entre les conduits qui présentent des extrémités usinées de sorte qu'une fois mises en place, les extrémités alignées avec ou sans jour forment un chanfrein étroit, caractérisé en ce que la valeur de consigne d'au moins une variable électrique relative à l'arc électrique varie au cours du mouvement oscillant de la torche de soudage transversalement au plan de joint, les valeurs de consigne des variables électriques évoluant entre une valeur de consigne correspondant à la position de la torche de soudage lorsqu'elle est dans le plan de joint et deux valeurs de consigne correspondant chacune à une position latérale extrême de la torche lorsqu'elle est à un bord du chanfrein. Ainsi de manière avantageuse, le procédé selon l'invention permet de faire varier la valeur de consigne d'au moins une variable électrique de l'arc électrique, ladite valeur de consigne étant choisie de manière appropriée en fonction de la position de la torche de soudage pour permettre à la fois une fusion latérale améliorée et une fusion satisfaisante dans le chanfrein, tout en permettant un meilleur contrôle du bain de fusion. La variation de la valeur de consigne d'au moins une variable électrique entre les deux valeurs de consigne correspondant aux positions de la torche aux bords du chanfrein est prédéterminée en fonction de la dimension du chanfrein, de l'amplitude de l'oscillation, de la vitesse d'oscillation et de la position angulaire de la torche de soudage autour des conduits à souder. io On peut ainsi optimiser le bain de fusion et la pénétration sur toute la circonférence de la canalisation à former. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, la variable électrique est la tension U de l'arc électrique de soudage et les valeurs de consigne de la tension UI de l'arc électrique aux positions latérales extrêmes de la torche à chaque bord du chanfrein sont supérieures à la valeur de consigne de la tension Uc à la position de la torche dans le plan de joint. Les deux valeurs de consigne de la tension de l'arc électrique en position aux 20 bords du chanfrein peuvent être différentes ou identiques. Les valeurs de consigne de la tension électrique sont déterminées au préalable, lesdites valeurs de consigne étant choisies en tenant compte de la dimension du chanfrein, de l'amplitude de l'oscillation choisie ainsi que de la position du dispositif de soudage autour des conduits à souder. La variation de la valeur de consigne de la tension peut s'effectuer par paliers. On peut également réaliser une linéarisation des valeurs de consigne de la tension électrique en fonction de la distance entre la position de la torche et le plan joint ou entre la position de la torche et l'un des plans latéraux. s De manière avantageuse, le procédé selon l'invention peut être utilisé avec un mouvement oscillatoire de la torche pendulaire, linéaire ou autre. Selon une forme de réalisation préférée, on mesure en temps réel la tension s électrique de l'arc électrique et on la régule en temps réel par rapport aux valeurs de consigne prédéterminées. De cette façon, il est possible de respecter les valeurs de consigne définies. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, à la tension électrique de l'arc électrique, on associe une autre variable électrique telle que la vitesse de dévidage du fil constituant l'électrode fusible en relation avec l'intensité de l'arc électrique. On peut ainsi encore mieux contrôler la fluidité du bain de fusion. De ce fait, on peut augmenter la vitesse du fil quand la torche est en position latérale car le refroidissement rapide dû à la proximité des parois du chanfrein permet cette augmentation sans risque de faire couler le bain de fusion tout en augmentant l'intensité de l'arc de soudage et donc la puissance de l'arc, améliorant ainsi également la fusion latérale. On peut également réduire la vitesse de fil quand la torche est en position centrale afin de réduire le volume de bain de fusion ainsi que la température du bain à cette position qui est la plus critique quant au problème du maintien du bain de fusion. Dans le cadre du procédé selon l'invention, le régime d'arc utilisé peut avantageusement être quelconque tel que du type court-circuit, globulaire, à pulvérisation axiale, pulsé et autres, puisque les valeurs de tension prédéterminées et régulées peuvent être des valeurs moyennes ou efficaces, ainsi que des valeurs de tension pic ou de tension basse dans le cadre d'un régime pulsé. Le procédé selon l'invention est particulièrement approprié lorsque la tête de soudage est du type multi-torches, la distance entre deux torches étant variable en fonction de l'application considérée. En effet, lorsque la tête de soudage présente plusieurs torches de soudage, les torches suiveuses soudent après la première torche sur un cordon préchauffé par cette première torche et la température inter passe est alors très élevée pouvant atteindre plusieurs centaines de degrés, ce qui rend plus sensible le procédé multi-torches aux problèmes liés à un pouvoir d'interpénétration centrale trop important pour les torches suiveuses et à une trop grande fluidité des bains de fusion. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de contrôler beaucoup mieux la fluidité du bain de fusion en permettant le contrôle d'au moins une variable électrique de l'arc de io chaque torche. La présente invention a également pour objet un dispositif de soudage pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, constitué d'au moins un chariot portant une torche de soudage guidant un fil électrode fusible le long du plan de joint entre les conduits à souder qui amène le courant à l'extrémité du fil électrode pour générer un arc électrique et assurer la fusion du métal d'apport ainsi qu'un gaz pour créer une atmosphère protectrice, ledit dispositif étant constitué de différents sous-ensembles, notamment un premier sous ensemble relatif au positionnement et/ou au mouvement du fil électrode par rapport au plan de joint, un deuxième sous ensemble relatif à l'arc électrique constitués de moyens de production et de contrôle de l'arc électrique, un troisième sous ensemble concernant l'alimentation en métal d'apport ainsi qu'un quatrième sous-ensemble permettant de produire et contrôler l'atmosphère protectrice de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des moyens d'enregistrement de valeurs de consignes définies pour au moins une variable électrique de l'arc électrique telle que la tension, la vitesse de dévidage du fil électrode, éventuellement des moyens de mesure en temps réel d'au moins ladite variable électrique et des moyens de régulation en temps réel de ladite variable électrique par rapport aux valeurs de consigne définies, des moyens de synchronisation des valeurs de consigne transmises au générateur de soudage par rapport à la position de la torche au travers du plan de joint, au dévidage du fil, des moyens de régulation des temporisations latérales du mouvement d'oscillation de la torche, des moyens de programmation de l'amplitude de la torche par rapport à sa position orbitale sur la canalisation. Le dispositif de soudage est défini de manière plus détaillée ci-après. On décrira maintenant l'invention plus en détail en référence au dessin dans lequel: la figure 1 représente la variation de l'amplitude de l'oscillation au cours d'un io soudage selon le procédé selon l'invention, la figure 2 représente une variation par paliers de la valeur de consigne de la tension dans un procédé selon l'invention, et la figure 3 représente une variation continue de la valeur de consigne de la tension selon un procédé selon l'invention. Pour réaliser une canalisation métallique selon un procédé de soudage automatique du type MIG-MAG selon l'invention, on utilise un dispositif de soudage généralernent constitué d'au moins un chariot portant une torche de soudage guidant un fil électrode fusible le long du plan de joint entre les conduits à souder qui amène le courant à l'extrémité du fil électrode pour générer un arc électrique et assurer la fusion du métal d'apport ainsi qu'un gaz pour créer une atmosphère protectrice. Les conduits métalliques à souder peuvent être de toute nature possible comme par exemple en acier non allié, en acier faiblement allié, en acier fortement allié ou à base nickel pour résister à la corrosion. Un dispositif de soudage de ce type présente, de manière classique, différents sous ensembles tels qu'un premier sous ensemble relatif au positionnement et/ou au mouvement du fil électrode par rapport au plan de joint constitué de moyens de s positionnement et'ou déplacement du ou des chariots ainsi que des moyens d'entraînement en oscillation de la torche de soudage de sorte qu'elle soit animée d'un mouvement oscillant transversalement au plan de joint entre les conduits, un deuxième sous ensemble relatif à l'arc électrique constitués de moyens de production et de contrôle de l'arc électrique, un troisième sous ensemble concernant l'alimentation en métal d'apport comportant des moyens pour générer et contrôler le dévidage du fil ainsi qu'un quatrième sous-ensemble permettant de produire et contrôler l'atmosphère protectrice de gaz. L'ensemble est commandé et contrôlé par des moyens de commande et contrôle uniques ou spécifiques à io chaque sous ensemble. Ces éléments ne seront pas représentés ni expliqués plus en détail car ils sont parfaitement connus de l'homme de l'art. Le dispositif de soudage comporte en outre de manière classique, des moyens de commande et de contrôle des différents paramètres liés à l'opération de soudage tels que, par exemple, la vitesse d'avance de la torche, les mouvements de la ou des électrodes comme l'amplitude de l'oscillation de la torche de soudage et sa fréquence et/ou le positionnement ou centrage de l'électrode entre les parois du joint, la vitesse de défilement du fil d'apport, la position en hauteur par rapport au bain de fusion, la forme de l'onde susceptible de produire l'arc électrique par exemple sa fréquence, son intensité, sa tension. Les conduits destinés à former la canalisation présentent des extrémités usinées de sorte qu'une fois les conduits alignés bout à bout, par exemple sans jour, les extrémités forment un chanfrein étroit tel qu'un chanfrein en tulipe ou en J. Dans un tel chanfrein, il est nécessaire d'obtenir une fusion correcte des bords tout en ménageant la partie centrale dudit chanfrein. Aussi selon l'invention, à chaque position de la torche de soudage au cours de son mouvement oscillant transversalement au plan de joint, est définie une valeur de consigne d'au moins une variable électrique relative à l'arc électrique, les valeurs de consignes des variables électriques évoluant entre une valeur de consigne correspondant à la position de la torche de soudage lorsqu'elle est dans le plan de joint et des valeurs de consigne correspondant aux positions latérales extrêmes de la torche lorsqu'elle est aux bords du chanfrein. Cette variation d'au moins une valeur de consigne d'une variable électrique en fonction du positionnement de la torche au cours de son oscillation permet d'améliorer la pénétration au niveau des bords du chanfrein et de contrôler également la fluidité du bain de fusion. Cette variable électrique dans les exemples représentés aux figures 2 et 3 est la io tension U de l'arc électrique. Ainsi comme on peut le voir à la figure 1, la torche de soudage est animée d'un mouvement oscillant entre les bords du chanfrein lors de son déplacement le long dudit chanfrein (déplacement circonférentiel autour de la canalisation à souder). Le temps t1, t2 représente le temps pendant lequel la torche de soudage est maintenue sur le bord 1 ou le bord 2 dudit chanfrein. Dans l'exemple représenté à la figure 1, le temps t1 au bord 1 est choisi plus court que le temps t2 au bord 2. Cette différence de valeur entre t1 et t2 est utile lorsque la canalisation à souder est fortement inclinée. Quand l'axe de la canalisation est proche de l'horizontale, il n'y a pas d'intérêt à utiliser des temporisations latérales différentes. Comme on peut le voir à la figure 2, la variation de la tension se fait par palier et la tension de l'arc électrique est définie selon trois valeurs, la première U11 correspondant à la tension à appliquer au bord 1 du chanfrein, la deuxième Uc correspondant à la tension au niveau du plan de joint et une troisième tension U21 correspondant à la tension au bord 2 du chanfrein. Dans l'exemple représenté, les valeurs de consigne de U11 et U21 sont différentes et Uc est inférieure à U11 et U21. Les valeurs de consignes de U11 et U21 peuvent 30 également être choisies identiques. A la figure 3, est représentée une variation continue de la valeur de la consigne de tension en fonction de la position de la torche de soudage lors de son oscillation transversalement au plan de joint. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux exemples représentés. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage automatique tel que du type MIG/MAG, destiné en particulier à souder des conduits pour former une canalisation de type pipeline, à l'aide d'au moins une torche de soudage animée d'un mouvement oscillant transversalement au plan de joint entre les conduits qui présentent des extrémités usinées de sorte qu'une fois mises en place, les extrémités alignées avec ou sans jour forment un chanfrein étroit, caractérisé en ce que la valeur de consigne d'au moins une variable électrique io relative à l'arc électrique varie au cours du mouvement oscillant de la torche de soudage transversalement au plan de joint, les valeurs de consigne des variables électriques évoluant entre une valeur de consigne correspondant à la position de la torche de soudage lorsqu'elle est dans le plan de joint et deux valeurs de consigne correspondant chacune à une position latérale extrême de la torche is lorsqu'elle est à un bord du chanfrein. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation de la valeur de consigne d'au moins une variable électrique entre les deux valeurs de consigne correspondant aux positions de la torche aux bords du chanfrein est prédéterminée en fonction d'au moins l'une de la dimension du chanfrein, de l'amplitude de l'oscillation, de la vitesse d'oscillation et de la position angulaire de la torche de soudage autour des conduits à souder. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la variable électrique est la tension U de l'arc électrique de soudage et la valeur de consigne de la tension électrique U, de l'arc électrique en position de la torche à un bord du chanfrein est supérieure à la valeur de consigne de la tension électrique Uc à la position de la torche dans le plan de joint. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux valeurs de consigne de la tension électrique de l'arc électrique en position aux bords du chanfrein (U1, et U21) sont différentes. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux valeurs de consigne de la tension électrique de l'arc électrique aux bords du chanfrein (U1, et U21) sont identiques. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, to caractérisé en ce que les valeurs de consigne de la tension électrique varient par paliers. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise une linéarisation des valeurs de consigne de la 15 tension électrique en fonction de la distance entre la position de la torche et le plan joint. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise une linéarisation des valeurs de consigne de la 20 tension électrique en fonction de la distance entre la position de la torche et l'un des plans latéraux. 9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on mesure en temps réel la tension électrique de l'arc 25 électrique et on la régule en temps réel par rapport à la valeur de consigne déterminée. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on imprime un mouvement oscillant pendulaire à la torche de 30 soudage. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on imprime un mouvement oscillant linéaire à la torche de soudage. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'à la tension électrique de l'arc électrique, on associe une autre variable électrique telle que la vitesse de dévidage du fil constituant l'électrode fusible. ro 13. Dispositif de soudage pour la mise en oeuvre du procédé tel que revendiqué aux revendications 1 à 12, constitué d'au moins un chariot portant une torche de soudage guidant un fil électrode fusible le long du plan de joint entre les conduits à souder qui amène le courant à l'extrémité du fil électrode pour générer un arc électrique et assurer la fusion du métal d'apport ainsi qu'un gaz pour créer une atmosphère protectrice, ledit dispositif étant constitué de différents sousensembles, notamment un premier sous ensemble relatif au positionnement et/ou au mouvement du fil électrode par rapport au plan de joint, un deuxième sous ensemble relatif à l'arc électrique constitués de moyens de production et de contrôle de l'arc électrique, un troisième sous ensemble concernant l'alimentation en métal d'apport ainsi qu'un quatrième sousensemble permettant de produire et contrôler l'atmosphère protectrice de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins des moyens d'enregistrement de valeurs de consignes définies pour au moins une variable électrique de l'arc électrique telle que la tension, la vitesse de dévidage du fil électrode, éventuellement des moyens de mesure en temps réel d'au moins ladite variable électrique et des moyens de régulation en temps réel de ladite variable électrique par rapport aux valeurs de consigne définies, des moyens de synchronisation des valeurs de consigne transmises au générateur de soudage par rapport à la position de la torche au travers du plan de joint, au dévidage du fil, des moyens de régulation des temporisations latérales du mouvement d'oscillation de la torche, des moyens de programmation de l'amplitude de la torche par rapport à sa position orbitale sur la canalisation. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tête de soudage est du type multi-torches.