Brevet FR2886563A1 — publié le 20061208

Procédé d'usinaqe de conduits métalliques destiné à former des canalisations du type pipeline La présente invention concerne un procédé d'usinage de conduits métalliques qui mis bout à bout avec des conduits identiques pour être soudés forment des canalisations métalliques du type pipeline, destinées au transport de gaz, pétrole ainsi qu'un procédé de soudage de conduits métalliques usinés selon le procédé d'usinage. Pour former des canalisations de type pipeline, il est important que la soudure réalisée entre deux conduits présente les qualités requises au transport des matières telles que le pétrole, le gaz, la soudure ne devant donc pas présenter de défauts risquant d'entraîner des faiblesses. Pour réaliser le joint de soudure de manière fiable, on a proposé d'utiliser un procédé de soudage laser assisté par arc électrique, appelé ci-après procédé de soudage laser hybride. Toutefois, les différents procédés de soudage au laser hybride et dispositifs pour leur mise en oeuvre présentent de nombreux inconvénients. Ainsi, on a pu constater que, lorsqu'on utilise un dispositif de soudage au laser hybride sur des conduits sans profil d'extrémité chanfreiné (bord à bord) pour des épaisseurs de conduit inférieures à 12 mm, survient généralement un problème de centrage du laser par rapport au plan de joint et de parfaite perpendicularité de la torche, le moindre décentrage induisant un manque de pénétration et/ou un manque de fusion latérale. De plus, il est nécessaire d'utiliser une puissance laser très importante généralement supérieure à 4 kW, ce qui économiquement n'est pas intéressant. Lorsque le chanfrein est avec talon et casse extérieur en V de forte pente, il existe également un problème de centrage du faisceau laser. De plus, un problème se pose dès que l'épaisseur des extrémités à assembler augmente et un chanfrein trop large est difficile à remplir avec des équipements de soudage à l'arc automatisés. Lorsque le chanfrein est avec talon et casse extérieur en V faible pente, il existe toujours un problème de centrage du faisceau laser. En outre, le chanfrein en V étant très fermé, l'arc électrique n'est pas stable en fond de chanfrein et risque de s'accrocher de manière incontrôlée sur tel ou tel bord du chanfrein. De plus, selon la qualité du centrage de l'électrode fusible (métal d'apport), qui n'est jamais parfaite du fait de la courbure rémanente du fil, l'arc électrique ne sera pas centré et sera forcé sur l'une des faces du chanfrein créant ainsi des défauts de type cavités latérales, manque de fusion latérale, générant un sérieux problème de reproductibilité et donc de qualité. Enfin, dans un chanfrein en V, l'arc électrique présente un faible pouvoir d'interpénétration dans l'épaisseur du talon, il en résulte donc une dilution du métal d'apport non homogène à travers l'épaisseur du bain de fusion, le métal d'apport restant principalement en partie extérieure du chanfrein. Par le document US-A-4 213 555, on connaît un procédé de soudage dans lequel on propose pour des tubes présentant une épaisseur supérieure à 12 mm de réaliser le chanfrein comme présentant depuis la base une première pente inclinée de 25 suivie d'une seconde pente de 5 par rapport au plan de joint. Un tel chanfrein ne comporte pas de talon. Toutefois, si on utilise un procédé de soudage laser hybride avec un chanfrein d'une telle forme, on encourt des risques de traversées du chanfrein, d'effondrement du bain de fusion ou encore des risques de profil de joint en paliers s'il existe un mauvais alignement des deux tubes. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un procédé d'usinage de conduits métalliques, qui, mis bout à bout pour être soudés avec des conduits identiques, forme une canalisation de type pipeline, les extrémités usinées formant ensemble un chanfrein de forme nouvelle permettant un soudage à grande vitesse de la passe de pénétration, notamment par un procédé de soudage laser hybride. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'usinage des extrémités d'un conduit métallique destiné à former, lorsqu'il est mis bout à bout avec des conduits identiques et soudé à eux, une canalisation de type pipeline, pour créer au niveau du plan de joint avec un autre conduit identique un chanfrein en V, caractérisé en ce qu'on découpe les extrémités du conduit de sorte que le profil de chaque extrémité présente au moins une première section droite, au bord intérieur, destinée à constituer une partie du talon du chanfrein en V et une section en arc de cercle reliant ladite section droite du profil à une section rectiligne inclinée par rapport à la section droite de ce profil, au bord extérieur de la pièce tubulaire. Ainsi de manière très avantageuse, lorsqu'on met bout à bout des conduits usinés selon le procédé de l'invention, la section droite du profil d'extrémité d'un conduit est en butée contre la section droite du profil d'extrémité de l'autre conduit pour former le talon d'un chanfrein en V, dont la pointe est légèrement courbe de part et d'autre du plan de joint du fait des deux sections en arc de cercle et le chanfrein en V présente une ouverture définie par l'extrémité des sections inclinées. De préférence, la section en arc de cercle est définie de manière à être tangente avec la section rectiligne inclinée et l'angle d'inclinaison a de le section inclinée se trouve de préférence dans la plage de 15 à 45 par rapport à la section droite du profil d'extrémité, confondue avec le plan de joint, de sorte que la largeur du chanfrein à son extrémité ouverte est d'au plus 10 mm. Un conduit ainsi usiné présente de préférence une épaisseur d'au plus 10 mm et la section droite du profil présente une épaisseur minimale de 2 mm afin d'assurer une reproductibilité d'usinage et de sorte que le talon du chanfrein formé ne puisse pas être percé lors d'une passe de pénétration par un faisceau laser par exemple. Pour des conduits présentant une épaisseur supérieure, le profil peut présenter en outre une seconde section inclinée d'un angle [3 par rapport à la section droite du profil d'extrémité du conduit, ledit angle p étant inférieur à l'angle a, reliée à la première section inclinée par une seconde section en arc de cercle, de manière à maintenir toujours la largeur ouverte du chanfrein inférieure à 14 mm. Le second arc de cercle est choisi de sorte à être tangent aux deux sections inclinées. Des conduits obtenus selon le procédé d'usinage de l'invention sont particulièrement avantageux dans le cadre d'une utilisation d'un procédé de soudage laser hydride dans lequel on réalise la passe de pénétration par l'extérieur en créant un bain de fusion unique sous l'action simultanée d'au moins un faisceau laser transmis par fibre optique et d'au moins un arc électrique sous protection gazeuse généré à partir d'une électrode fusible. En effet, on peut souder à grande vitesse la passe de pénétration tout en obtenant une épaisseur de la passe de pénétration supérieure à 4 mm et avec une compacité de cordon de soudure d'excellente qualité et reproductible. De préférence, la section droite du profil d'extrémité du conduit présente alors une épaisseur maximale équivalente à 2 mm + une valeur correspondant à la puissance en kW du laser utilisée. Ceci permet une grande vitesse de soudage de plusieurs mètres par minute en phase de pénétration tout en utilisant une puissance laser de quelques kW seulement et qui peut notamment être inférieure à 4 kW, ce qui est économiquement avantageux. De préférence, le point d'impact de l'arc électrique se trouve voisin du point de focalisation du faisceau laser, l'intervalle entre les deux étant dénommé offset , cet intervalle étant de -5 à 5 mm par rapport au point de focalisation du faisceau laser. Les parties en arc de cercle présentent dans le fond du chanfrein confèrent une tolérance quant au centrage du faisceau laser, garantissant ainsi une compacité accrue par une moindre sensibilité au risque de manque de pénétration. L'ouverture en partie haute des premières sections inclinées des profils d'extrémité des conduits ne dépasse pas 10 mm, ce qui permet de ne pas avoir une ouverture de chanfrein trop large dans la partie correspondant à la partie du joint soudé par le procédé laser et permet en outre d'obtenir une hauteur de métal déposée importante même à grande vitesse. De même, cette ouverture est toujours supérieure à 3 mm de manière à éviter les problèmes de fissuration à chaud. Un conduit obtenu selon le procédé d'usinage de l'invention permet la mise en oeuvre d'un procédé de soudage laser hybride comme évoqué ci- dessus présentant une bonne productivité tout en limitant le risque de manque de fusion latérale consécutif à la faible énergie de soudage utilisée. De préférence, au cours de la passe de pénétration réalisée sous l'action combinée du laser et de l'arc électrique selon ce procédé de soudage laser hybride, on peut régler indépendamment les uns des autres, la position du point de focalisation du faisceau laser, l'intervalle entre le point de focalisation du faisceau laser et la position du point d'impact de l'arc électrique ainsi que la position angulaire de la torche de soudage à arc électrique telle qu'une torche MIG par rapport au faisceau laser, la torche MIG étant décalée angulairement au faisceau laser. De préférence, le point de focalisation du faisceau laser est ajustable dans une plage de +1- 5mm au-dessus ou au-dessous du talon du chanfrein, l'intervalle entre le point de focalisation et le point d'impact de l'arc électrique peut varier dans la plage de -5 mm à +5 mm de part et d'autre du point de focalisation du laser et la plage angulaire dans laquelle varie la torche MIG par rapport au faisceau laser est de 5 à 45 . En fonction de l'épaisseur des extrémités à souder, le profil comporte une section inclinée soit à double section inclinée avec l'angle a de la première section supérieur à l'angle (3 de la seconde section, l'ouverture du chanfrein restant limitée à 14 mm au plus pour permettre de réaliser le reste du soudage avec le procédé à l'arc électrique avec fil fusible en configuration de chanfrein étroit quelque soit la configuration de la tête de soudage (mono, multi torches). La présence des sections en arc de cercle au fond du chanfrein permet une meilleure interpénétration de l'arc électrique dans l'épaisseur du talon, on obtient ainsi une dilution du métal d'apport plus homogène et donc des caractéristiques mécaniques également plus homogènes. On décrira maintenant l'invention plus en détail en référence à la figure unique qui représente une vue en coupe des extrémités de deux conduits réalisés respectivement selon deux variantes de la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure unique, la partie de gauche de la figure correspond à un conduit 1 présentant une épaisseur hi et la partie droite de la figure correspond à un conduit 2 d'épaisseur inférieure h2 à hi La section droite 3 du profil d'extrémité des deux conduits 1 et 2 présente une hauteur h3 de 2 mm. La section droite est suivie d'une section d'arc de cercle 4 de rayon RI 25 identique sur la partie gauche et droite de la figure unique. Cette section d'arc de cercle 4 sert de liaison entre la section droite 3 et une section rectiligne inclinée 5 par rapport au plan de joint P. L'angle d'inclinaison a est dans l'exemple représenté de 25 . La section inclinée 5 est suivie d'une seconde section d'arc de cercle de rayon R2 qui relie ladite section inclinée 5 a une seconde section inclinée 6 ou 6'. De préférence l'angle [3 d'inclinaison de cette seconde section inclinée par rapport au plan de joint P est inférieur à a et dans l'exemple représenté égal à 5 . De cette manière, la largeur L' de l'ouverture du chanfrein est d'au plus 10 mm 5 dans l'exemple représenté dans la partie droite de la figure unique et la largeur L est d'au plus 14 mm dans l'exemple de la partie gauche. L'invention n'est, bien entendu pas limitée aux exemples représentés et mais couvre au contraire toutes les variantes possibles. REVENDICATIONS 1. Procédé d'usinage des extrémités d'un conduit métallique destiné à former, lorsqu'il est mis bout à bout avec des conduits identiques, une canalisation de 5 type pipeline, pour former au niveau du plan de joint avec un autre conduit identique un chanfrein en V, caractérisé en ce qu'on découpe les extrémités du conduit de sorte que le profil de chaque extrémité présente au moins une première section droite, au bord intérieur, destinée à constituer une partie du talon du chanfrein en V et une section en arc de cercle reliant ladite section droite du profil à une section rectiligne inclinée par rapport à la section droite de ce profil, au bord extérieur de la pièce tubulaire. 2. Procédé selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que la section en arc de cercle est définie de sorte qu'elle est tangente à la section rectiligne inclinée. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison a de la section inclinée se trouve de 20 préférence dans la plage de 15 à 45 par rapport à la section droite du profil d'extrémité. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour une épaisseur d'au plus 10 mm du conduit, la 25 section droite du profil présente une épaisseur minimale de 2 mm. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour une épaisseur supérieure à 10 mm du conduit, le profil présente en outre une seconde section inclinée d'un angle par rapport à la section droite du profil d'extrémité du conduit, ledit angle [3 étant inférieur à l'angle a, reliée à la première section inclinée par une seconde section en arc de cercle. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde section en arc de cercle est réalisée tangente aux deux sections inclinées. 7. Conduit métallique destiné à former, lorsqu'il est mis bout à bout avec des conduits identiques, une canalisation de type pipeline, pour former au niveau du plan de joint avec un autre conduit identique un chanfrein en V, caractérisé en ce que les extrémités du conduit sont usinées selon le procédé 10 des revendications 1 à 6. 8. Procédé de soudage de pièces tubulaires telles que des conduits métalliques mis bout à bout pour former des canalisations métalliques du type pipeline, dans lequel on réalise la passe de pénétration par l'extérieur, caractérisé en ce qu'on crée un bain de fusion unique sous l'action simultanée d'au moins un faisceau laser transmis par fibre optique et d'au moins un arc électrique sous protection gazeuse généré à partir d'une électrode fusible constituant le matériau d'apport, les extrémités de conduits ayant été préalablement usinées selon le procédé des revendications 1 à 6. 9. Procédé de soudage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on réalise la passe de pénétration à une puissance laser inférieure ou égale à 6 kW et avec une torche MIG de puissance supérieure à 8 kW.