Procédé et appareil pour relier par soudage deux organes tubulaires L'invention a pour objet un procédé pour relier par soudage deux organes tubulaires le long d'une zone circulaire verticale ou inclinée sur la verticale, dans lequel on déplace une extrémité d'un organe de soudage au voisinage de ladite zone circulaire, et un appareil permettant de mettre en oeuvre ledit procédé.
Lorsqu'on désire effectuer la jonction de deux orga nes tubulaires disposés horizontalement par soudage, l'obtention de soudures de bonne qualité le long du joint circulaire présente de graves difficultés notam ment lorsque l'apport de métal a lieu dans un logement annulaire délimité par deux lèvres concentriques.
Ces difficultés se présentent par exemple lors du soudage de tubes horizontaux aux fonds de cuve d'un réacteur. Le soudage s'effectuait jusqu'à présent en deux opérations au cours de chacune desquelles on réalisait une moitié de la soudure en descendant depuis le point haut jusqu'au point bas, mais il était difficile de réaliser un accrochage sans défaut du métal d'apport et d'éviter une surépaisseur du cordon de soudure au point haut et au point bas du fait de la pesanteur qui tendait à faire couler le métal d'apport fondu dans les parties verticales de la soudure.
L'invention a pour but de permettre d'arriver à des résultats au moins de la même qualité que le soudage à la main avec un accrochage satisfaisant du métal et une régularité améliorée de la soudure.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on imprime à ladite extrémité de l'organe de souda ge un mouvement qui est la résultante d'un mouvement de rotation dont l'axe est parallèle à celui de ladite zone circulaire et situé au-dessus de l'axe de cette zone et d'un mouvement de balancement radial.
L'invention a également pour objet un appareil de soudage permettant de mettre en aeuvre le procédé sui vant l'invention. Il est caractérisé en ce qu'il comprend un organe de support, des moyens de centrage dudit organe de support suivant l'axe d'une zone circulaire à souder, des moyens d'entraînement de cet organe en rotation autour dudit axe, un organe de soudage allon gé, porté par l'organe de support et basculant autour d'un axe transversal au précédent et un mécanisme de déplacement et de réglage radial de l'organe de soudage qui impose à son extrémité située au voisinage de la zone à souder un mouvement résultant d'une variation cyclique de son rayon d'action sur un tour complet de l'organe de support d'une part,
et d'une variation plus rapide dudit rayon d'action à une fréquence qui est un multiple de la précédente, d'autre part.
La description qui suit d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est donnée à titre d'exem ple.
Sur les dessins la fig. 1 est une vue schématique, en coupe, de deux organes tubulaires à raccorder par soudage interne et de la partie terminale d'une forme de réalisation de l'appareil suivant l'invention dans la position qu'il occu pe au cours de l'opération de soudage, la fi-. 2 est une vue schématique, en coupe suivant un plan passant par l'axe, des zones à souder des deux éléments tubulaires de la fig. 1 ; les fig. 3a et 3b sont des vues en perspective mon trant respectivement la partie terminale de l'appareil déjà représentée en fig. 1 et l'autre partie terminale qui fait saillie hors des éléments tubulaires à souder ;
la fia. 4 montre le principe de la chaîne cinématique de commande des mouvements de la torche; la fig. 5 est une vue en perspective des mécanismes constituant la chaîne de la fig. 4, les parties de l'appa reil associées aux mécanismes étant représentées sché matiquement en tirets, la fig. 6 est une vue en coupe longitudinale de la portion de l'appareil contenant les mécanismes des fig. 4 et 5 ; les fi-. 7 et 8 sont des vues en coupe suivant les lignes VII-VII et VIII-VIII de la fie-. 6.
L'appareil de soudage représenté est destiné à réali ser la jonction par soudage avec métal d'apport d'un manchon 10 et d'un tube 12 (fig. 1, 2 et 3) le long d'une zone circulaire à axe horizontal. Les portions à souder du manchon et du tube sont constituées par deux lèvres 14 et 16 d'épaisseur comparable, chanfreinées pour constituer un logement annulaire 18 (fig. 2).
L'appareil de soudage comprend un ensemble fixe A (fig. 3), constitué par un carter porteur de mécanis mes. et un ensemble mobile B constitué par deux tubes concentriques 20 et 22 insérables en bloc dans le man chon<B>10,</B> le tube externe 20, monté coulissant et rotatif dans le carter, porte des organes de centrage qui seront décrits plus loin, destinés à maintenir l'ensemble de l'appareil suivant l'axe du manchon. Le tube interne 22 est terminé par une tête 23 sur laquelle la torche de soudage 24 est articulée.
Les organes de commande de la torche 24 sont disposés entre deux tubes et sur le tube externe pour libérer l'intérieur du tube interne qui peut ainsi recevoir un dispositif de visée optique aboutissant à une caméra de télévision 26 reliée à un récepteur non représenté par un câble 28 (fig. 3).
L'ensemble fixe est muni d'organes de fixation (fig. 3b) permettant de solidariser le carter du man chon 10.
L'ensemble mobile B comprenant les tubes 20 et 22 est monté rotatif dans un alésage du carter autour d'un axe qui coïncide avec celui du. manchon<B>10;</B> cet en semble mobile peut également coulisser longitudinale ment sous l'action d'un mécanisme à pignon et crémail lère non représenté pour amener la torche dans une position longitudinale convenable par rapport aux lèvres 14 et 16. Un organe de blocage 34 (fig. 3b), per met d'immobiliser le tube externe en translation longi tudinale une fois la torche en place.
Le réglage radial de la torche de soudage s'effectue par basculement de celle-ci sur un axe 36 transversal à l'axe de révolution de l'ensemble B ; l'angle d'incli naison de la torche 24 est déterminé par la position d'une biellette de commande 38 (fig. 3a) dont une extrémité est articulée sur la torche et dont l'autre extrémité est articulée sur une tige de commande 40 mobile en translation parallèlement à l'axe de rotation.
Pour donner au nez de la torche un mouvement résultant de la superposition d'un mouvement de rota tion excentré par rapport à l'axe du manchon et d'un mouvement de balancement radial, on donne à l'en semble B qui porte la torche 24 un mouvement de rotation autour d'un axe confondu avec celui du man chon et à modifier au cours de la rotation d'inclinaison de la torche 24 par action sur la tige de commande 40.
L'action sur la tige de commande doit être double d'une part elle doit modifier le rayon d'action de la torche de façon cyclique à chaque tour complet de l'ensemble mobile B pour réaliser l'excentrement. D'au tre part, elle doit superposer au mouvement cyclique un mouvement à fréquence plus élevée correspondant au balancement de la torche.
La chaîne cinématique de réalisation de ces deux mouvements de la torche est représentée très schémati quement en fig. 4 et de façon plus complète sur les <U>fi-.</U> 5 à 8 ; cette chaîne comporte une série de mécanis mes placés en série et reliant la tige de commande 40 à un point fixe solidaire de l'ensemble B. Ces divers mécanismes seront succinctement définis dans leur prin cipe en se référant à la fi-. 4, puis décrits plus en détail.
En fonctionnement normal, la tige de commande 40 est attelée à une bielle 41 entraînée par un excen trique 42 qui tourne sur un axe 44 porté par un pla teau 46 monté coulissant sur l'ensemble B. L'excentri que est entraîné en rotation par un moteur 62, porté par le plateau, à une vitesse telle que la période de balancement de la torche soit beaucoup plus courte que la période T de rotation de l'ensemble B.
Le plateau 46 lui-même est relié à un point fixe, solidarisé de l'ensemble B, par une tige 40' et une bielle 41' qui attaque un excentrique 42' qui tourne sur un axe 44' également porté par le plateau. Les rota tions de l'ensemble B et de l'excentrique 44' sont syn chronisées pour que la période de rotation de l'excen trique 44' soit égale à la période T.
Les fig. 5 à 8 montrent de façon plus complète les mécanismes qui viennent d'être décrits.
En fonctionnement normal, la tige de commande 40 est attelée à un fourreau 48 par un verrou 50 désarma blé commandé par une manette 52. Ce verrou est repré senté en fig. 5 et 7 et il est schématisé en traits mixtes sur la fig. 6, dans une orientation différente de son orientation réelle.
Le fourreau 48 est entraîné parla bielle 41 articulée par un axe 54 sur l'excentrique 42. Cet excentrique comprend un disque interne 56 auquel est fixé l'axe 54 (décentré par rapport au centre du disque), et un dis que externe 58 qui tourné' sur l'axe 44 porté par le plateau. Le= disque interne. 56 est disposé dans un. loge ment circulaire - du disque externe, logement excentré par rapport à l'axe 44. L'orientation du disque interne dans le disque externe peut être modifiée à l'aide d'une vis de réglage 60 qui permet de régler le rayon du cer cle parcouru par l'axe 54 au cours de la rotation de l'excentrique.
En fonctionnement, l'ensemble des deux disques 56 et 58 est entraîné en rotation par un moteur 62 porté par le plateau. La vitesse de rotation doit être telle que le balancement de la torche s'effectue à une fréquence suffisante, très nettement supérieure à celle du mouve ment de rotation de l'ensemble B. La transmission de mouvement entre le moteur 62 et le plateau externe 56 de l'excentrique s'effectue par un renvoi classique et éventuellement par l'intermédiaire d'un train d'engre nages réducteur.
Le plateau 46 coulisse sur des glissières 64 (fig. 7) ménagées à cet effet sur le tube interne 22; il est relié au point fixe par le second mécanisme à excentrique destiné à lui donner un mouvement de translation à une fréquence égale à celle de la rotation de l'ensemble B. Ce second mécanisme, similaire au premier, compor te la bielle 41' articulée sur la tige 40' et sur le disque central 56' d'un excentrique dont le disque externe 58' est entraîné en rotation en synchronisme avec l'ensemble B. Le réglage de l'excentricité est réalisé par un système 'a vis 60' comparable à celui qui équipe le premier excentrique.
L'entraînement en rotation du disque externe 58' est réalisé non plus par un moteur séparé, mais par un arbre de synchronisation 66 immobilisé en translation par rapport au carter et dont l'extrémité avant est mu nie d'un pignon 68 qui engrène une couronne dentée 70 (fig. 5) fixée au carter à l'intérieur de celui-ci. La partie arrière de l'arbre est cannelée ou à section carrée sur laquelle est montée une vis sans fin coulissante 72 qui engrène une denture 74 ménagée sur la périphé rie du disque externe.
Le montage coulissant de la vis sans fin 72 lui per met non seulement de rester en prise lors du réglage longitudinal de l'ensemble mobile B, mais encore de suivre l'excentrique au cours du mouvement de trans lation alternatif du plateau 46.
Le déphasage entre les mouvements de rotation de l'excentrique 42' et de l'ensemble B est réglé de manière que le rayon de balayage minimum de la torche cor responde à la position basse de celle-ci.
Le point fixe est constitué par une chape 76 solidaire du tube interne 22 et emprisonnant en translation un écrou moleté 78 dans lequel se visse la tige 40' immo bilisée en rotation par rapport à la chape 76 au moyen d'un clavetage coulissant 80 (fig. 6) : ainsi la rotation manuelle de l'écrou moleté 78 permet de modifier la position du plateau et donc de déplacer la tige de com mande 40 pour régler la position angulaire de la tor che.
L'emploi d'un point fixe ajustable a pour but d'au toriser le réglage fin du rayon d'action de la torche de soudage, le cas échéant en marche<B>:</B> avant la mise en oeuvre de l'appareil, l'inclinaison de la torche est réglée grossièrement au moyen d'un dispositif non représenté dont est munie la biellette 38, puis le réglage parachevé au moyen de l'écrou moleté 78.
L'appareil à souder est prévu pour être inséré dans le manchon 10 avec la torche 24 escamotée. Dans ce but, il est prévu des dispositifs annexes permettant de désolidariser la torche de ses mécanismes de com mande. D'une part le verrou 50 permet de séparer la tige de commande 40 du fourreau 48 et de la rame ner en arrière dans une position où un pignon conique 82 qui termine la tige engrène un pignon correspondant 84 tournant dans le tube 22 (fig. 6). Ce pignon peut être orienté de l'extérieur au moyen d'une poignée non représentée. La rotation de la tige actionne, par un mécanisme de type quelconque non représenté, les cen- treurs prévus sur le tube externe 20.
Ces centreurs sont par exemple constitués de trois poussoirs radiaux termi nés par des billes d'appui sur le manchon 10, poussoirs présentant une liaison hélicoïdale à grand pas avec la paroi du tube; ainsi la rotation que leur impose une noix filetée clavetée sur la tige de commande provo que la saillie et l'appui des centreurs ou leur rétraction suivant le sens de la rotation.
Le réglage de la position longitudinale de la torche peut être effectué de façon semi-automatique par plu sieurs procédés. On peut notamment avancer tout l'en semble B au moyen du mécanisme à pignon et crémail lère. L'ensemble B porte alors une tige rabattue radiale- ment pour venir en butée contre les lèvres 14-16.
Il suffit de prévoir une tige parallèle à l'axe, solidarisée de la tête et munie d'une manette d'avance 86 (fig. 7) qui peut être immobilisée dans une position arrière (la tor che étant verrouillée durant cette immobilisation) et libérée de cette position arrière pour permettre à un ressort (non visible sur les figures) d'amener la tige rabattue en butée contre les lèvres.
La fig. 3b montre encore, vu de l'extérieur, le mécanisme d'entraînement en rotation de l'ensemble B ; ce mécanisme comprend un moto-réducteur 88 qui atta que une couronne dentée non visible, solidarisée en rotation de l'ensemble B, par l'intermédiaire d'un em brayage commandé par une manette 90 et d'un pignon. La fig. 3b montre également la bobine 92 destinée à recevoir le fil de métal d'apport, le moteur d'alimenta tion 94 actionnant la bobine 92 ainsi que le tambour 98 sur lequel s'enroulent les câbles 100 d'alimentation au cours de la rotation de l'ensemble B dans le sens indi qué par la flèche f.
Les processus de mise en place et de fonctionnement de l'appareil apparaissent à la lecture de la description qui précède de sorte qu'ils ne seront que succinctement décrits. Après diverses vérifications, l'appareil (torche repliée et reculée, centreurs rétractés) est inséré dans le fourreau 10 et le carter est fixé à celui-ci par les vis 30.
La poignée de commande des centreurs est action née pour provoquer la saillie de ceux-ci, puis la manette d'avance 86 est libérée pour assurer le réglage axial de la torche ; enfin la tige de commande 40 est couplée à son fourreau 48 par action sur la manette 52 (fig. 5). Une fois ces opérations effectuées, et une fois la phase de l'excentrique 42' réglée (dans le cas général pour que le rayon minimum corresponde au point bas de la soudure) et la position de la torche vérifiée grâce au système optique, les divers moteurs de commande sont simultanément actionnés jusqu'à exécution d'un tour complet de l'ensemble B.
Une fois la soudure effectuée et contrôlée éventuel lement par le système optique, il n'est possible de dégager les centreurs afin de reculer l'appareil qu'une fois la torche escamotée radialement : cette disposition supprime le risque d'endommager la torche à la suite d'un oubli.