Brevet FR3148156A1 — publié le 20241101

TITRE : MACHINE DE SOUDAGE POUR ASSEMBLER DEUX COMPOSANTS TUBULAIRES La machine de soudage (20) pour assembler deux composants tubulaires (21, 22) comporte : - un châssis (23, 24, 30, 31, 34) supportant les deux composants tubulaires à assembler dans une position dans laquelle leurs axes sont, au niveau du plan de leur section à souder, confondus et tangents à un axe de rotation prédéterminé (A), ce châssis supportant, de plus, un moyen (37, 38) de mise en rotation des deux composants tubulaires autour de cet axe prédéterminé, et - une soudeuse (28) fixe par rapport au châssis. Dans des modes de réalisation, le moyen (37, 38) de mise en rotation est un vireur orbital à galets d’entrainement configuré pour entraîner en rotation l’un des composants tubulaires, ce vireur orbital (37, 38) comportant une bague (37) entourant un composant tubulaire et est muni de roulettes de guidage. Dans des modes de réalisation, la machine comporte un contrepoids (25) solidaire d’un composant tubulaire (21), positionné et dimensionné pour que le centre de gravité de l’ensemble mis en rotation, comportant les composants tubulaires (21, 22), le contrepoids et la liaison mécanique entre le contrepoids et l’un des composants tubulaires, se trouve sur l’axe de rotation prédéterminé (A). Figure pour l’abrégé : Figure 2 MACHINE DE SOUDAGE POUR ASSEMBLER DEUX COMPOSANTS TUBULAIRES Domaine technique de l’invention La présente invention vise une machine de soudage pour assembler deux composants tubulaires. Plus particulièrement, elle vise une machine de soudage automatique pour tubes et coudes. État de la technique À ce jour, l’assemblage des composants est effectué manuellement ou à l’aide d’une machine de soudage orbital. Dans cette machine, le soudage est effectué par rotation d’au moins 360°C autour d’une pièce tubulaire fixe. Pour l’utilisation d’une machine de soudage orbital, l’opérateur doit rester à proximité de la machine pour porter et guider les câbles en rotation. Il doit également effectuer des gestes pénibles et prendre des postures pénibles pour surveiller la qualité du soudage avec un casque à la main. Au-delà des efforts physiques de l’opérateur, on peut relever un risque de maladies liés à l’exposition des yeux aux rayonnements, notamment ultraviolets, émis par les arcs de soudage et à l’inhalation de la fumée de soudage. Par ailleurs, les différentes passes de soudure (jusqu’à 60 rotations de la machine) entrainent automatiquement des contraintes mécaniques importantes qui réduisent la durée de vie de la machine. De plus, la machine de soudage orbital n’est pas adaptée pour souder un système formé par deux coudes à cause de l’encombrement qu’ils représentent. En tout état de cause, le soudage par machine orbital est rythmé par des arrêts fréquents pour contrôler la qualité du soudage. La plupart du temps, le contrôle est réalisé par un prestataire externe. Ces opérations de contrôles coutent chères et réduisent la productivité d’une machine de soudage. La machine de soudage selon la présente invention permet de remédier à tout ou partie des effets indésirables liés à l’utilisation de la machine orbitale et du soudage manuel. Dans la machine de soudage objet de l’invention, au lieu de solliciter la rotation de la tête à l’image d’un poste de soudage orbital, on fait tourner la pièce tubulaire autour de son axe au niveau de la soudure et on maintient une position droite et fixe de la torche à souder. Cette machine de soudage comporte un châssis adapté au diamètre standard des tubes du marché et un entraînement en rotation uniforme de la pièce. La torche à souder est préférentiellement fixée sur une potence et accompagnée d’une caméra pour permettre à un opérateur de téléguider à distance les différentes étapes du processus de soudage. Grace à la mise en rotation de la pièce à souder sur un châssis et à une boite à ressort qui absorbe les vibrations et repositionne le centre de gravité de la pièce, la machine de soudage permet de souder des pièces tubulaires de diamètre nominal supérieur à 100 mm, quelles que soient les longueurs de ces pièces tubulaires. Des étapes du processus de fabrication comme de multiples contrôles qualités intermédiaires sont supprimées. De plus, le débit de production est multiplié par quatre par rapport à une poste de soudage orbital et par dix par rapport à un opérateur soudeur. Cette invention révolutionne le processus d’assemblage de deux pièces tubulaires car elle permet non seulement d’augmenter la cadence de production et la qualité du soudage mais également elle garantit de bonnes conditions de travail de l’opérateur. L’opérateur, dans un confort inédit car éloigné des opérations dangereuses et pénibles, pilote en temps réel, par l’intermédiaire d’un écran interactif, la qualité de son travail. La machine de soudage objet de l’invention améliore également la sécurité et la santé des opérateurs car ils sont en télé-opération. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier de la machine de soudage objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : est une représentation schématique, en perspective, d’un poste de soudage comportant un premier mode de réalisation de la machine de soudage objet de l’invention, est un agrandissement d’une partie de la , montrant la machine de soudage, est une autre représentation schématique, en perspective, de la machine de soudage illustrée en , est encore une autre représentation schématique, en perspective vue d’en dessous, de la machine de soudage illustrée en et en , représente, en vue de côté, la machine de soudage illustrée de la à la , représente, en vue de face, la machine de soudage illustrée de la à la , représente, en vue de dessus, la machine de soudage illustrée de la à la , représente, en perspective, un deuxième mode de réalisation de la machine de soudage objet de l’invention, représente, en vue de face, la machine de soudage illustrée en , et représente, en vue de dessus, la machine de soudage illustrée en et en en l’absence de la potence et des éléments de soudage. Description détaillée La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse. On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle. Comme on le comprend à la lecture de la présente description, divers concepts inventifs peuvent être mis en œuvre par une ou plusieurs méthodes ou dispositifs décrits ci-après, dont plusieurs exemples sont ici fournis. Les actions ou étapes réalisées dans le cadre de la réalisation du procédé ou du dispositif peuvent être ordonnées de toute manière appropriée. En conséquence, il est possible de construire des modes de réalisation dans lesquels les actions ou étapes sont exécutées dans un ordre différent de celui illustré, ce qui peut inclure l'exécution de certains actes simultanément, même s'ils sont présentés comme des actes séquentiels dans les modes de réalisation illustrés. L'expression "et/ou", telle qu'elle est utilisée dans le présent document et dans les revendications, doit être comprise comme signifiant "l'un ou l'autre ou les deux" des éléments ainsi conjoints, c'est-à-dire des éléments qui sont présents de manière conjonctive dans certains cas et de manière disjonctive dans d'autres cas. Les éléments multiples énumérés avec "et/ou" doivent être interprétés de la même manière, c'est-à-dire "un ou plusieurs" des éléments ainsi conjoints. D'autres éléments peuvent éventuellement être présents, autres que les éléments spécifiquement identifiés par la clause "et/ou", qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, une référence à "A et/ou B", lorsqu'elle est utilisée conjointement avec un langage ouvert tel que "comprenant" peut se référer, dans un mode de réalisation, à A seulement (incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à B seulement (incluant éventuellement des éléments autres que A) ; dans un autre mode de réalisation encore, à A et B (incluant éventuellement d'autres éléments) ; etc. Telle qu'elle est utilisée dans la présente description et dans les revendications, l'expression "au moins un", en référence à une liste d'un ou de plusieurs éléments, doit être comprise comme signifiant au moins un élément choisi parmi un ou plusieurs éléments de la liste d'éléments, mais n'incluant pas nécessairement au moins un de chaque élément spécifiquement énuméré dans la liste d'éléments et n'excluant pas toute combinaison d'éléments dans la liste d'éléments. Cette définition permet également la présence facultative d'éléments autres que les éléments spécifiquement identifiés dans la liste des éléments auxquels l'expression "au moins un" fait référence, qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, "au moins l'un de A et B" (ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A ou B", ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A et/ou B") peut se référer, dans un mode de réalisation, à au moins un, incluant éventuellement plus d'un, A, sans B présent (et incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B, sans A présent (et comprenant éventuellement des éléments autres que A) ; dans encore un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, A, et au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B (et comprenant éventuellement d'autres éléments) ; etc. Dans les revendications, ainsi que dans la description ci-dessous, toutes les expressions transitoires telles que "comprenant", "incluant", "portant", "ayant", "contenant", "impliquant", "tenant", "composé de", et autres, doivent être comprises comme étant ouvertes, c'est-à-dire comme signifiant incluant mais non limité à. Seules les expressions transitoires "consistant en" et "consistant essentiellement en" doivent être comprises comme des expressions transitoires fermées ou semi-fermées, respectivement. On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle. On observe, en , un poste de soudage 10 comportant une machine de soudage 20, une cloison protectrice 11 et un écran 12 de supervision du processus de soudage. L’opérateur 13 est positionné devant l’écran 12 pendant les opérations de soudage. Dans cette position, l’opérateur 13 est protégé des rayonnements directs émis par la machine de soudage 20, grâce à la cloison protectrice 11. La machine de soudage 20 est représentée, sous différentes vues, de la à la . Cette machine de soudage 20 sert à assembler deux composants tubulaires 21 et 22. La machine 20 comporte un châssis 23 supporte les deux composants tubulaires 21 et 22 dans une position dans laquelle leurs axes sont, au niveau du plan de leur section à souder, confondus et tangents à un axe de rotation prédéterminé A. On note que les axes des tubes peuvent être courbes lorsque ces tubes sont coudés. C’est au niveau de leur section à souder, c’est-à-dire quand ces axes traversent le plan de cette section, que les axes sont confondus et tangents à l’axe A. Le châssis 23 supporte, de plus, un moyen de mise en rotation des deux composants tubulaires 21 et 22 autour de cet axe prédéterminé A. Dans le premier mode de réalisation, illustré de la à la , ce moyen de mise en rotation prend la forme d’un vireur orbital 24 muni de galets supérieurs 34 et de galets inférieurs 31, ces galets 31 et 34 étant au contact du composant tubulaire 21. La rotation des composants tubulaires 21 et 22 et entraînée par une bague motorisée 37 dont le moteur 38 est au-dessus des composants tubulaires, pour être retirer avec l’ensemble de soudage. La bague 37 comporte deux demi-couronnes cylindriques (de directrice circulaire centrée sur l’axe A) en appui sur le composant tubulaire 21 grâce à des tampons souples 39 pinçant le composant tubulaire 21 sans le déformer. Des roulettes de guidage intérieures à la bague retiennent la bague en regard des galets entraînés par un moteur pas-à-pas. La mise en rotation est ainsi assurée par friction par des galets entrainés par le moteur pas à pas. Ce système d’entraînement est facilement montable et démontage par un opérateur moyennement qualifié. Le moteur pas à pas est synchronisé avec le fonctionnement de la soudeuse, dont la vitesse d’avance est variable et gérée par un programme informatique. D’autres galets inférieurs 30, non motorisés, sont portés par le châssis 23 pour supporter les composants tubulaires 21 et 22 au niveau d’une soudeuse 28. La soudeuse 28 est supportée fixe par rapport au châssis 23, par une potence 27. Des moyens de réglage 32 de la hauteur de la potence 27 permettent de régler la hauteur de la tête de la soudeuse 28. Les galets inférieurs 30 et 31 peuvent être montés sur des boîtes à ressort dont les ressorts absorbent les vibrations liées à la rotation des composants tubulaires 21 et 22. Préférentiellement, un contrepoids 25 est solidaire d’un composant tubulaire (ici le composant tubulaire 21) par l’intermédiaire d’une liaison 26 périphérique sur la surface extérieure du composant tubulaire 21 Ce contrepoids 25 est dimensionné pour que le centre d’inertie de l’ensemble constitué des deux composants tubulaires 21 et 22, de la liaison 26 et du contrepoids 25 soit sur l’axe de rotation A. Ainsi, si aucun des composants tubulaires 21 et 22 n’est coudé, aucun contrepoids 25 et aucune attache 26 n’est mis en place. Si l’un des composants tubulaires est coudés, le contrepoids 25 évite le phénomène de balourd. Des câbles 29 alimentent la soudeuse 28. Un rouleau de métal d’apport 33 fournit du métal à la soudeuse 28. Préférentiellement, le châssis 23 est adapté au diamètre standard des tubes du marché, dans une gamme de diamètres prédéterminé. Préférentiellement, une caméra est positionnée à côté de la tête de la soudeuse 28 et son champ optique couvre au moins l’extrémité inférieure de la tête de la soudeuse 28 et la zone de soudage. L’image fournie par cette caméra est transmise à l’écran de supervision 12. Cette image permet à l’opérateur 13 de téléguider les différentes opérations de soudage. Grace à la fixation des composants à souder 21 et 22 en rotation sur le châssis 23, la machine de soudage automatique 20 permet de souder des pièces tubulaires quelle que soit leurs longueurs. Des étapes du processus de fabrication comme les multiples contrôles qualités intermédiaires sont supprimées. Le débit de production en sortie est multiplié par quatre par rapport à une poste de soudage orbital et par dix par rapport à un opérateur soudeur. Le châssis 23 est fixé au sol pour stabiliser la position horizontale de la machine de soudage 20. L’ensemble des éléments de soudage, soudeuse 28, câbles 29, rouleau 33 et caméra, est soutenu par un câble souple 36, par exemple en acier, capable de poser et de déposer un système formé par le moteur 35 qui assure la rotation de l’ensemble des composants tubulaires 21 et 22 à assembler par soudage et l’ensemble de soudage. Des éléments de centrage (non représentés) assurent le positionnement correct de cette partie soutenue par le câble souple 36 par rapport au châssis 23 et aux composants tubulaires 21 et 22. Dans des variantes : - le moyen de mise en rotation des composants tubulaires 21 et 22 comporte un moteur positionné sur la partie supérieure de la machine de soudage, qui entraîne un galet supérieur en contact avec la surface externe d’un composant tubulaire, - le contre-poids est positionné sur le composant tubulaire coudé 22 pour réduire au plus près de sa source le phénomène de balourd mécanique dans le cadre de l’assemblage de deux pièces tubulaires dimensionnantes, - pour souder les plus grandes pièces, on prévoit un système hydraulique ou mécanique permettant en remplacement du contre-poids pour neutraliser le balourd et/ou - la potence est indépendante du châssis, comme dans le deuxième mode de réalisation illustré en - on ajoute des moyens de réglage en hauteur du châssis pour le rendre plus ergonomique et adaptable à la taille de l’intervenant, - les moyens de mise en rotation de la bague supportant les composants tubulaires comportent une roue dentée à la place d’un entrainement par friction On retrouve, dans le deuxième mode de réalisation illustré de la à la , de la machine de soudage 40, des composants tubulaires 41 et 42 à assembler, un axe de rotation B, un support 43, un vireur-positionneur orbital 44, une soudeuse 48, une potence 47 et des galets inférieurs 50. Cependant, les composants tubulaires 41 et 42 sont montés sur deux châssis 46 solidaires de la partie rotative du vireur orbital 44. Chaque châssis 46 est fixé à un composant tubulaire de manière à positionner son axe, au niveau de la section à souder, de manière tangente à l’axe B de rotation du vireur orbital 44. Par exemple, chaque châssis 46 comporte des tampons souples pour pincer un composant tubulaire sans le déformer. La potence 47, qui porte l’ensemble des éléments de soudage, soudeuse 48, câbles 49, rouleau de métal d’apport et caméra, est ici indépendante des éléments supportant et mettant en rotation les composants tubulaires 41 et 42 à assembler. Préférentiellement, des boîtes à ressort sont associées aux galets inférieurs 50. Grace à la fixation des composants tubulaires 41 et 42 en rotation sur un châssis et la boîte à ressort qui absorbe les vibrations et repositionne le centre de gravité des composants tubulaires 41 et 42, la machine de soudage automatique 40 permet de souder des pièces tubulaires 41 et 42, quelles que soient leurs longueurs. La vibration qui résulte de la rotation des composants tubulaires 41 et 42 est absorbée par un boitier à ressort, dimensionné pour supporter jusqu’à 25 N. Ce boitier à ressort sert également à équilibrer le centre de gravité de l’ensemble constitué des composants tubulaires à assembler de façon à maintenir l’ensemble stable pendant le soudage. La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur. À cet effet, la présente invention vise une machine de soudage pour assembler deux composants tubulaires, qui comporte : - un châssis supportant les deux composants tubulaires à assembler dans une position dans laquelle leurs axes sont, au niveau du plan de leur section à souder, confondus et tangents à un axe de rotation prédéterminé, ce châssis supportant, de plus, un moyen de mise en rotation des deux composants tubulaires autour de cet axe prédéterminé, et - une soudeuse fixe par rapport au châssis. Grâce à ces dispositions, les composants à souder tournent devant la soudeuse, ce qui évite des mouvements de câble et des besoins de vérification approfondie de la soudure réalisée. De plus, l’opérateur n’a pas à effectuer des gestes ou à prendre des postures pénibles. Dans des modes de réalisation, le moyen de mise en rotation est un vireur orbital à galets d’entrainement configuré pour entraîner en rotation l’un des composants tubulaires. Dans des modes de réalisation, ce vireur orbital comporte une bague entourant un composant tubulaire et est muni de roulettes de guidage Dans des modes de réalisation, la machine de soudage comporte un contre-poids solidaire d’un composant tubulaire, positionné et dimensionné pour que le centre de gravité de l’ensemble mis en rotation, comportant les composants tubulaires, le contrepoids et la liaison mécanique entre le contrepoids et l’un des composants tubulaires, se trouve sur l’axe de rotation prédéterminé. Grâce à ces dispositions, l’effet de balourd liée à un coude formé sur un composant tubulaire, est réduit, voire annulé, par le contrepoids. Dans des modes de réalisation, la machine de soudage comporte une potence dépassant au-dessus des composants tubulaires, cette potence portant la soudeuse en dessous d’elle. Dans des modes de réalisation, la machine de soudage comporte un moyen de réglage de la hauteur de la potence. Dans des modes de réalisation, la soudeuse est portée par un câble souple relié à la potence. Dans des modes de réalisation, le câble souple porte le moteur du moyen de mise en rotation des deux composants tubulaires autour de l’axe de rotation prédéterminé. Grâce à chacune de ces dispositions, la mise en position et la dépose de la soudeuse sont facilités. La durée entre deux opérations de soudage de composants tubulaires est ainsi fortement réduite. Dans des modes de réalisation, la machine de soudage comporte une caméra dont le champ optique couvre l’extrémité basse de la tête de la soudeuse et la zone de soudure, et un écran de visualisation distant configuré pour afficher les images fournies par la caméra. Grâce à ces dispositions, l’opérateur n’est pas exposé aux rayonnements émis par les arcs de soudage, ni à l’inhalation de fumée de soudage. Dans des modes de réalisation, chaque composant tubulaire est retenu en position par un châssis, les châssis retenant les composants tubulaires étant solidaires d’un moyen de mise en rotation constitué d’un vireur-positionneur orbital. Dans des modes de réalisation, la machine de soudage comporte au moins une boite à ressort comportant des galets supportant les composants à assembler par soudage. Chaque boîte à ressort absorbe les vibrations pouvant être causées par la rotation des composants tubulaires. Machine de soudage (10, 20, 40) pour assembler deux composants tubulaires (21, 22, 41, 42), caractérisée en ce qu’elle comporte : - un châssis (23, 24, 30, 31, 34, 43, 46, 50) supportant les deux composants tubulaires à assembler dans une position dans laquelle leurs axes sont, au niveau du plan de leur section à souder, confondus et tangents à un axe de rotation prédéterminé (A), ce châssis supportant, de plus, un moyen (37, 38, 44) de mise en rotation des deux composants tubulaires autour de cet axe prédéterminé, et - une soudeuse (28, 48) fixe par rapport au châssis. Machine (10, 20) de soudage selon la revendication 1, dans laquelle le moyen (37, 38) de mise en rotation est un vireur orbital à galets d’entrainement configuré pour entraîner en rotation l’un des composants tubulaires. Machine (10, 20) de soudage selon la revendication 2, dans laquelle le vireur orbital (37, 38) comporte une bague (37) entourant un composant tubulaire et est muni de roulettes de guidage. Machine (10, 20) de soudage selon l’une des revendications 1 à 3, qui comporte un contrepoids (25) solidaire d’un composant tubulaire (21), positionné et dimensionné pour que le centre de gravité de l’ensemble mis en rotation, comportant les composants tubulaires (21, 22), le contrepoids et la liaison mécanique entre le contrepoids et l’un des composants tubulaires, se trouve sur l’axe de rotation prédéterminé (A). Machine (10, 20, 40) de soudage selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte une potence (27, 47) dépassant au-dessus des composants tubulaires (21, 22, 41, 42), cette potence portant la soudeuse (28, 48) en dessous d’elle. Machine (10, 20) de soudage selon la revendication 5, qui comporte un moyen (32) de réglage de la hauteur de la potence (27). Machine (10, 20) de soudage selon l’une des revendications 5 ou 6, dans laquelle la soudeuse (28) est portée par un câble souple (36) relié à la potence (27). Machine (10, 20) de soudage selon la revendication 7, dans laquelle le câble souple (36) porte le moteur (38) du moyen (37, 38) de mise en rotation des deux composants tubulaires (21, 22) autour de l’axe de rotation prédéterminé (A). Machine (10, 20) de soudage selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte une caméra dont le champ optique couvre l’extrémité basse de la tête de la soudeuse (28) et la zone de soudure, et un écran (12) de visualisation distant configuré pour afficher les images fournies par la caméra. Machine (40) de soudage selon l’une des revendications 1 à 9, dans laquelle chaque composant tubulaire (41, 42) est retenu en position par un châssis (46), les châssis retenant les composants tubulaires étant solidaires d’un moyen (44) de mise en rotation constitué d’un vireur-positionneur orbital. Machine (10, 20, 40) de soudage selon l’une des revendications 1 à 10, qui comporte au moins une boite à ressort comportant des galets (30, 31, 50) supportant les composants (21, 22, 41, 42) à assembler par soudage.