PROCEDE ET DISPOSITIF POUR SOUDER AUTOMATIOUEMENT DES
TUYAUTERIES
La présente invention est relative à un procédé et un dispositif pour souder automatiquement des pièces constituées d'un certain nombre de pièces tubulaires qui sont découpées et assemblées entre elles par soudage pour former une tuyauterie, procédé dans lequel la pièce déjà assemblée par soudage et la pièce détachée standardisée, sont soudées après positionnement et arrimage à l'aide de mors d'arrimage, au moyen d'un robot de soudage le long de la ligne de contact entre les deux pièces à assembler. Elle trouve sa principale application dans le montage d'industries chimiques et pétrochimiques, les ateliers de constructions métalliques et les ateliers d'assemblage. L'automatisation du procédé de soudage est dès â présent possible dans un grand nombre de branches de l'industrie, en particulier dans la construction métallique et l'industrie de l'automobile. Des procédés de soudage automatiques sont également appliqués dans les usines chimiques mais leurs applications sont limitées à la réalisation de pièces relativement simples qui restent toujours manipulables manuellement.
Il exiβte trois méthodes pour réaliser automatiquement une soudure à l'aide d'un robot de soudage :
1) la pièce est arrimée et la torche se meut le long du cordon de soudure, à l'occasion de quoi l'automate se charge d'un déplacement précis. Les ac-
cessoires de carrosserie sont réalisés de cette manière dans l'industrie de l'automobile;
2) la torche occupe une position fixe et la pièce est susceptible d'effectuer le déplacement nécessaire, par exemple une révolution autour d'un axe horizontal â vitesse appropriée;
3) une combinaison des deux méthodes précitées.
Grâce aux développements récents de l'électronique, on commercialise actuellement des systèmes de commandes ouverts faciles à employer, à l'aide desquels on peut synchroniser les mouvements de la pièce et de la torche.
Lors du soudage de tuyauteries, on est aux prises avec le problème de la programmation compliquée du mouvement de la torche, parce que le cordon de soudure se trouve chaque fois à divers endroits inaccessiblés. On devrait écrire un programme pour chaque cordon.
Par contre, l'appareil à souder dans lequel la torche occupe une place fixe et la pièce est entraînée en mouvement, présente l'inconvénient que, si la tuyauterie a une forme et une dimension bizarre, la manipulation de la pièce est compliquée. Le mouvement de la tuyauterie est différent pour chaque cordon soudure et de ce fait impossible à programmer.
Le problème consiste à suggérer des accessoires pour appareil de suspension et/ou de soudage, ainsi qu'à développer une méthode de soudage par laquelle certaines pièces de forme et dimension compliquée peuvnnt être réalisées automatiquement sans aucune intervention
manuelle â partir de pièces tubulaires élémentaires standardisées. La pièce ainsi obtenue peut être manipulée et déplacée à chaque instant sans que les valeurs limites acceptables, imposées par les directives pour la manutention manuelle des charges et la manipulation des marchandises, ne soient transgressées, conformément à l'Arrêté Royal du 12 août 1993 concernant la manutention manuelle de charges. Cet Arrêté Royal transpose en droit belge la quatrième directive particulière 90/269/CEE du Conseil des Communautés Européennes du 29 mai 1590 concernant les prescriptions minimales de sécurité et de santé relatives â la manutention manuelle des charges comportant des risques, notamment dorso-lombaires, pour les travailleurs.
La présente invention se fixe pour le but de rendre plus aisé le maniement manuel de tuyauteries. Elle propose un procédé du type décrit dans le préambule de la revendication 1 ci-jointe, caractérisé en ce que la partie de la pièce à souder déjà assemblée par soudage est suspendue chaque fois en son point de gravité au moyen de mors d'arrimage et tin câble qui est tendu entre les deux point d'arrimage, ainsi qu'une articulation de suspension qui consiste en un tendeur de câble, qui est coincé dans une articulation à rotule, qui est suspendue à son tour dans un émerillon. L'émerillon est monté de préférence sur roulement bille. Ainsi, l'effort qui, selon la règle du levier, est requis pour faire tourner la pièce autour de n'importe quel axe qui traverse le centre de gravité et vaincre les frottements dans les rotules et l'émerillon, est négligeable. La pièce qui est soulevée à l'aide d'un appareil de levage est en équilibre autour du centre de gravité et peut être manipulée sans effort.
Selon une particularité de l'invention, un bras de préhension interchangeable, fixé amoviblement à un bras articulé d'un robot de soudage amène une pièce détachée standardisée d'un magasin vers un poste de travail.
Le procédé proposé use d'un dispositif qui résulte de la combinaison de deux accessoires. Le premier accessoire est une paire de mors portée par un châssis semi-circulaire pourvu d'une fixation de câble qui sert de point d'agrippage du câble destiné à soulever la pièce, et aussi en un couvercle en quart de cercle pouvant pivoter autour de charnières ayant un rebord en forme de bec verseur et en un accessoire de traction muni d'un levier repliable.
Un second accessoire est une articulation d'accrrochage constituée d'un corps métallique qui est suspendu au moyen d'un émerillon pourvu d'un roulement bille à un oeilleton, à l'occasion de quoi le corps présente deux orifices équidistants, dont l'un au moins est pourvu d'un taraudage et un boulon de serrage ayant un boîtier pour maintenir tendu un câble de traction. Une telle articulation d'accrochage permet d'orienter la pièce dans n'importe quelle direction.
Ces caractéristiques et d'autres particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, faisant référence aux dessins ci-annexés, qui montrent à titre illustratif non limitatif, une forme de réalisation de l'invention.
Dans ces dessins
- la figure 1 est un schéma d'une tuyauterie de forme et dimensions compliquées constituée de neuf pièces tubulaires standardisées; - les figures 2 à 8 sont chacune un exemple de planification d'un travail qui montre une succession d'opérations pour réaliser la tuyauterie susdite; - la figure 9 est une vue partielle d'une pince d'arrimage selon l'invention; - la figure 10 est une vue en bout des mors d'arrimage montrés dabs la figure 9; - la figure 11 est une coupe transversale d'une articulation d'accrochage; - la figure 12 est une vue en perspective d'un mandrin destiné à positionner une pièce tubulaire droite; - la figure 13 est une vue en perspective d'un mandrin recourbé destiné à positionner un coude dans le robot de. soudage, et - la figure 14 est une vue en perspective d'un dispositif d'arrimage orientable.
Dans ces figures les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Comme illustré dans la figure 1, une tuyauterie est formée de plusieurs tuyaux standardisés qui sont soudés l'un â l'autre, par exemple des pièces tubulaires 3, des coudes 2, des pièces en forme de T 4 et des bri-
des 5. La tuyauterie complexe est réalisée par une succession d'étapes comme illustré dans les figures 2 à 8.
L'unité de soudage comprend trois parties :
1. un système d'alimentation et un dispositif d'arrimage;
2. un système d'accrochage et un dispositif de levage;
3. un dispositif de soudage comprenant une torche de soudage 34 mobile commandée par un robot 30. Le dispositif selon l'invention comporte un robot de soudage ayant un bras articulé sur lequel peut être fixé amoviblement et successivement un bras interchangeable de préhension qui prélève le ou les pièces à souder dans un magasin de pièces détachées standardisées disposé à la portée du robot et les amène au poste de soudage dans la disposition souhaitée, une torche de découpe qui permet de tracer sur les pièces à souder les lignes d'intersection et de pénétration des pièces à souder et de découper les profils correspondants et une torche interchangeable de soudage qui réalise le cordon soudure qui assemble les pièces susdites.
Le soudage des pièces l'une à l'autre est effectué comme suit :
Une pièce tubulaire standardisée libre est amenée par un bras de préhension fixé à un bras articulé d'un robot de soudage 7 vers le poste de travail d'une torche de soudage 34.
L'arrimage des portions de tubes droits 3, des pièces en T 4 et des brides 5 est réalisé à l'aide d'une broche rectiligne 26 munie de clavettes hydrauliques qui sont réparties radialement autour de la broche 26.
La broche est illustrée par un cylindre mû depuis une position de repos 19 représentée en traits pointillés dans la figure 12, vers une position de service 20. Le déplacement de la broche se fait par coulissement le long d'une glissière recourbée représentée en traits pleins dans la même figure 12.
Les coudes 2 sont arrimés sur une broche recourbée 18, disposée parallèlement au plan de soudure. Cette broche est amenée par le coulissement ou pivotement depuis une position de repos 24, illustrée en pointillés dans la figure 13 vers une position de service 25, illustrée en traits continus dans la même figure, grâce à la combinaison de mouvements rectilignes d'un vérin â double action 28 et d'un mouvement pivotant d'un vérin rotatif 17.
Les pièces â souder sont arrimées sur la broche courbe sous l'action des clavettes hydrauliques.
Comme illustré dans la figure 14, le dispositif d'arrimage orientable 21 comprend deux mors 15 qui sont reliés par une tige taraudée comprenant un filet droit et un filet gauche qui enserre ou relâche une pièce â souder. La tige taraudée est entraînée par un moto-réducteur 22. Le mouvement s'effectue perpendiculairement à la surface de soudage à l'aide d'un vérin hydraulique 29.
Enfin, le dispositif d'arrimage 21 reprend sa position initiale par laquelle la place est libérée pour permettre l'assemblage des pièces par soudage. L'encombrement des organes de préhension dans la configuration stérique entourant le poste de travail de la torche de soudage est limité à un quadrant seulement de l'espace disponible. Il s'ensuit que le cordon de soudure est toujours accessible et que l'opération de soudage peut toujours avoir lieu aisément, en appliquant pour la torche 34, portée par un bras articulé du robot 30, un mouvement circulaire facile à programmer.
La partie de la tuyauterie 1 déjà soudée est fixée au centre de gravité G par le biais du dispositif de levage 39 (pont roulant).
Après avoir arrimé les deux pièces on réalise la soudure au cours de laquelle la torche 34, montée sur le robot de soudage 30, effectue un mouvement circulaire préalablement programmé par ordinateur, le long d'une ligne de contact entre les pièces détachées standardisées et la portion de tuyauterie déjà réalisée. Le dispositif de soudage est constitué d'un robot disponible à l'heure actuelle sur le marché, comprenant un bras articulé à six axes sur lequel est monté la torche de soudage 34. Le robot 30 est accouplé à un poste de soudage. Le robot peut entamer la soudure après arrimage des pièces et retrait des mors orientales 21. L'opérateur opère un choix entre divers opérations préalablement programmées. Il est sensé d'indiquer et de numéroter la suite des opérations sur les plans de travail, de sorte que l'opérateur n'ait qu'à introduire les codes sur le cadran.
L'agrippage des pièces déjà assemblées par soudage au centre de gravité fait en sorte que la pièce puisse être aisément tournée dans toute direction et amenée facilement vers le dispositif d'arrimage.
Suspendre une tuyauterie en son centre de gravité G peut s'effectuer de la manière suivante :
On déplace par coulissement deux paires de mors, entrouverts, le long de la tuyauterie. Ensuite, on sert les mors et on les tend par l'aide du levier 44. Les mors forment les pointes d'ancrage d'un câble 52 qui est serré par une vis de serrage 53 dans un tendeur décrit plus en détail ci-après. L'emplacement du dispositif d'arrimage est déterminé de manière a être aligné sur le centre de gravité G. Le câble 52, fixé au renfort point de fixation du câble, traverse le centre de gravité de la tuyauterie. L'endroit précis où les mors d'arrimage doivent être amenés peut être indiqué sur les plans de travail bureau d'étude. Etant donné qu'on met en oeuvre des pièces détachées standardisées, entre autres des portions de tube droit, des coudes 2, des pièces en forme de T 4 et des brides 5, dont le centre de gravité connu, on peut déterminer rapidement le centre de gravité de la portion tuyauterie déjà assemblée par soudage, en reliant simplement les centres de gravité des pièces séparées qui composent l'ensemble par des segments de droite en appliquant la règle du levier,
Le câble 52 est alors tendu et le point d'accrochage du câble comprenant une articulation de suspension est déplacé par coulissement le long du câble vers le centre de gravité. Le centre de gravité se trouve
sur la droite qui relie les deux paires de mors d'arrimage. Le centre de gravité se trouve sur la droite qui relie d'une part le centre de gravité de la portion de tuyauterie déjà assemblée par soudage et d'autre part le centre de gravité de la pièce soudée en dernier lieu, à l'occasion de quoi le rapport des distances de G au centre de gravité de l'ensemble déjà soudé et de la distance de la pièce soudée en dernier lieu est inversement proportionnelle au rapport des poids des parties correspondantes.
Le fait qu'on puisse faire tourner la tuyauterie dans tous les sens après avoir arrimé avec la vie de serrage 53 et levé l'ensemble au moyen de l'oeilleton 46 est dû à la charnière à roulement billes 51 (figure 11). Le moment de force que l'opération doit fournir pour la manutention manuelle de la pièce est égal au produit du poids de l'ensemble et la distance entre le point d'accrochage et le centre de gravité G. Plus on fixe l'articulation d'accrochage 37 près du centre de gravité, plus faible sera la force que l'opérateur devra exercer pour placer la tuyauterie dans la position souhaitée (NV X 35-109, avril 1989 ou A.R. du 12.08.1993).
On peut également mettre deux câbles en oeuvre, dont chacun est fixé à une pièce tubulaire.
Cette manière de faire procure les avantages suivants : a) une réalisation plus rapide du cordon de soudure; b) l'aspect et la qualité de la soudure sont meilleurs; c) la qualité de la soudure est constante;
d) le positionnement des portions de tube est plus rapide;
e) la disponibilité est réglable.