TITRE :

SYSTÈME DE SOUDAGE AUTOMATIQUE DE TUBES COMPRENANT UNE UNITÉ DE CONTRÔLE, ET UNE STATION DE SOUDAGE COMPRENANT AU MOINS UN ROBOT COMPORTANT AU MOINS UN ÉLÉMENT DE SOUDAGE

5 Domaine technique

L’invention concerne, de manière générale, les systèmes de soudage de métaux.

L’invention concerne en particulier les systèmes de soudage bout à bout de tubes en métal pour la préfabrication et la fabrication 10 de canalisations pour le transport de substances liquides, solides ou de substances sous forme gazeuse.

Techniques antérieures

La production de canalisations, par exemple pour le transport 15 de gaz ou de pétrole, nécessite de souder bout à bout plusieurs tubes ayant un diamètre de quelques centimètres à plusieurs dizaines de centimètres de diamètre et une longueur de plusieurs mètres.

Le soudage de ces tubes bout à bout est complexe car il nécessite parfois un soudage dans diverses positions, par exemple « à 20 plat » pour des tubes pivotant sur leur axe à l’horizontal (norme IG de position de soudage), « en corniche » pour des tubes fixes sur leur axe à la vertical (norme 2G), ou un soudage dit « en montante » ou « en descendante » selon la propagation du soudage pour des tubes fixes sur leur axe à l’horizontale (norme 5G), ou encore « en montante » pour 25 des tubes fixe sur leur axe positionné à 45° entre l’horizontale et la verticale (norme 6G).

Dans les systèmes actuels, le processus de fabrication des canalisations est long et le risque de présence de défaut de soudure est élevé.

30 Ainsi, une automatisation plus poussée doit permettre d’ atténuer les erreurs humaines et d’ améliorer le niveau global de qualité tout en réduisant le taux de rebus. Exposé de l’invention

La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités en augmentant la qualité et la productivité de la soudure entre deux tubes. La présente invention a donc pour objet un système de soudage automatique de tubes comprenant une unité de contrôle, une station de soudage comprenant au moins un robot comportant au moins un élément de soudage et un élément porteur dudit élément de soudage, ledit système de soudage comportant un système de rail sur lequel la station de soudage est mobile, le système de soudage comportant un système de supervision thermique et optique et l’unité de contrôle étant apte à contrôler automatiquement, au niveau des chanfreins des tubes à souder, les paramètres de soudage du système de soudage en coopération avec le système de supervision. Ainsi, le soudage de tubes est de meilleur qualité grâce à l’ automatisation de la production, le temps d’exécution de l’opération de soudage est amélioré et la précision est accrue grâce à la supervision optique et aux nombreux degrés de liberté de mouvements de l’éléments de soudage. Avantageusement, la station de soudage est mobile selon la direction de l’ axe des tubes à souder.

Avantageusement, l’élément de soudage est une torche apte à souder bout à bout des tubes et apte à effectuer un soudage à plat, ou en corniche, ou en montante, ou en descendante. Dans un mode de réalisation, le système de soudage comprend un système de meulage automatisé des tubes.

Avantageusement, le système de meulage automatisé des tubes est couplé à l’ au moins un robot.

Avantageusement, le système de supervision thermique et optique comprend une caméra et/ou un profilomètre laser, ledit système de supervision étant apte à contrôler l’au moins un élément de soudage vers les chanfreins des tubes à souder dans les différentes positions de soudage. Avantageusement, le système de soudage selon l’invention est tel que le système de supervision thermique et optique comprend une caméra et/ou un profilomètre laser, ledit système de supervision de la station de soudage étant apte à se positionner automatiquement sur ou sous le plan de joint à réaliser.

Dans un mode de réalisation, le système de soudage comprend deux robots disposés de part et d’ autre des tubes à souder, de manière à ce que lesdits tubes sont fixes et lesdits robots sont apte à effectuer chacun le soudage sur une demi-circonférence de manière synchronisée.

De manière alternative, le système selon l’invention comprend un seul robot de manière à ce que les tubes sont fixes et ledit robot est apte à effectuer le soudage sur toute la circonférence au niveau des chanfreins des tubes à souder. Avantageusement, le système de supervision thermique et optique permet une adaptation de la trajectoire de l'au moins un robot en fonction de la position réelle des chanfreins ainsi qu'une correction de centrage de l'au moins un élément de soudage pendant ledit soudage sur toute la circonférence des tubes à souder. Avantageusement, le système de supervision thermique et optique contrôle l’ adaptation des paramètres de soudage en dynamique pour pallier aux variations d’épaisseurs des tubes à souder. Cette configuration permet d’assurer un meilleur niveau de qualité, de répétabilité, de productivité car d’une part, cela permet de répartir le nombre de cycles de soudage à réaliser via une communication au sein d'une même ligne de production, et d’ autre part, cela permet d'adapter les paramètres de soudage à l'intérieur d'un cycle de soudage sur la circonférence des tubes à souder.

Avantageusement, le système de supervision thermique et optique est apte à identifier les défauts de soudure, analyser lesdits défauts en utilisant un niveau d'acceptance prédéfini puis décider de la poursuite ou de l'arrêt de l'opération voire du déclenchement d'un cycle de meulage. Brève description des dessins

D’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé sur lequel :

[Fig 1] illustre schématiquement différents éléments d’un système de soudage selon l’invention.

Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté sur la figure 1 un système de soudage 1 selon l’invention et différents éléments compris dans le système de soudage

1.

En particulier, le système de soudage 1 est un système de soudage automatique de tubes 2, comprenant une unité de contrôle 3 et une station de soudage 4. On entend, par « automatique », un système selon l’invention qui fonctionne sans intervention humaine et qui comporte une unité de contrôle dûment programmée pour commander le fonctionnement du système de soudage.

La station de soudage 4 est adaptée pour souder deux tubes 2 bout à bout dont les portions à souder ensemble, également appelées chanfrein 5 ou joint de soudage, sont introduites dans la station de soudage 4, les parties restantes des tubes pouvant dépasser à l’extérieur de la station de soudage 4 grâce à des ouvertures 6 pratiquées dans l’enceinte de la station de soudage 4. La station de soudage 4 comprend au moins un robot 7 comportant au moins un élément porteur 8 apte à porter au moins un élément de soudage 9, par exemple une ou plusieurs torches de soudage. L’élément porteur 8 est par exemple un dispositif sur lequel peuvent être fixés différents types de torches de soudage et comprenant différents degrés de liberté pour le déplacement desdites torches de soudage.

Le robot 7 est par exemple un robot à six axes, permettant de souder des tubes en diverses positions, par exemple IG, 2G, 5G et 6G, soit un soudage bout à bout des tubes à plat, en corniche, en montante, ou en descendante.

Dans un mode de réalisation, un second robot 7 est placé dans la station de soudage 4 de sorte que les deux robots 7 soient disposés de part et d’ autre des tubes 2 à souder, de sorte que lesdits tubes 2 soient fixes par rapport à la station de soudage 4 et pour que les robots 7 soient aptes à effectuer chacun un soudage sur une demi- circonférence des tubes 2, de manière synchronisée. On entend par « synchronisée » le fait que les torches de soudage des deux robots soudent respectivement sur une demi-circonférence des tubes 2 à souder, tout en effectuant un chevauchement des soudures à la fin de chaque demi-circonférence. Ainsi, chaque torche de soudage soude sur un angle légèrement supérieur à 180°.

Le système de soudage 1 comporte également un système de rail 10 sur lequel la station de soudage 4 est mobile. Par exemple, deux rails 10, ayant une longueur de quelques mètres, sont placés sous la station de soudage 4 et permettent de déplacer la station de soudage 4 dans la direction de l’ axe longitudinal des tubes 2 à souder. En outre, le positionnement du joint à souder via une plateforme est également assuré par le profilomètre laser pour assurer le positionnement précis de la plateforme sous le joint à souder. Cela permet un soudage de grande précision sur cette direction et permet un gain de temps.

Le système de soudage 1 comporte également un système de supervision 11 thermique et optique, par exemple placé dans la station de soudage 4.

Dans le cadre de l’invention, la thermique du système de supervision 11 thermique et optique permet de démarrer ou de stopper la station de soudage 1 si les critères de température de la zone à souder sont ou non conformes. Lesdits critères sont ceux définis dans les spécifications de soudage.

Le système de supervision 1 1 thermique et optique comprend par exemple une caméra 12 et/ou un profilomètre laser pour la supervision optique, et comprend un système de régulation 13 de la température comprenant un capteur et un régulateur de température pour la supervision thermique.

La supervision optique est apte, avec la caméra 12 et/ou au profilomètre laser, à contrôler les torches de soudage vers les zones à souder. En particulier, le soudage des tubes 2 s’effectue à leurs extrémités respectives, au niveau d’un chanfrein 5 s’étalant sur la circonférence de l’extrémité de chaque tube 2 à souder. Le chanfrein 5 est positionné à l’emplacement du joint de soudage. La supervision optique permet d’identifier et de suivre ce chanfrein 5 et de placer les torches de soudage au plus près et de manière précise. De plus, la supervision optique permet d’identifier des défauts de soudure pour les signaler et les corriger.

Dans un mode de réalisation, la caméra 12 et/ou le profilomètre laser est embarqué sur l’élément porteur 8 de l’élément de soudage 9 afin d’ assurer la trajectoire de l’élément de soudage 9.

L’unité de contrôle 3 est apte à contrôler automatiquement les paramètres de soudage du système de soudage 1 en coopération avec le système de supervision 11 optique. Avec les informations relevées par la caméra 12 et/ou le profilomètre laser, l’unité de contrôle 3 place les torches en face du chanfrein 5 à souder et commande la mise en œuvre des torches de soudage. Il est à préciser que différentes stations de soudage 4 sont préférentiellement réparties sur une ligne de production, elles sont ainsi reliées et communiquent entre elles sur l’épaisseur restant à souder pour ajuster automatiquement les paramètres au niveau de chaque station.

Dans le cadre de l’invention, une ligne de production comprend une ou plusieurs stations de soudage.

Les degrés de liberté pour placer les torches de soudage sont par exemple ceux du système de rails 10, les robots 7 à six axes et les degrés de libertés de l’élément porteur 8 des torches de soudage, ce qui permet de conserver les tubes 2 en position fixe par rapport à la station de soudage 4 pendant que les torches tournent autour avec une précision de l’ ordre de 0,3 millimètres. L’unité de contrôle 3 contient des scénarios prédéfinis et des algorithmes qui permettent de modifier automatiquement les paramètres de soudage, par exemple en fonction des données du système de supervision 11. Par exemple, les paramètres de soudage peuvent être modifiés en fonction des variations de l’épaisseur des tubes 2, dont la prise en compte permet d’ améliorer la qualité du soudage.

De plus, l’unité de contrôle 3 comprend un module de traitement d’image interprétant la qualité du soudage pour être en mesure de le corriger par le système de soudage 1 , ou par un opérateur externe.

La supervision thermique est apte, avec le système de régulation 13 de la température, à mesurer la température à proximité de la zone à souder avec les torches de soudage et de la modifier en la diminuant ou en l’ augmentant. Cela permet d’ obtenir une température optimale de soudage.

Le système de soudage 1 comprend également un système de meulage 14 automatisé des tubes 2 couplé à l’ au moins un robot 7. Le système de meulage 14 est placé dans la station de soudage 4 et permet de préparer le chanfrein 5 avant le soudage des tubes 2. Le système de meulage 14 permet également de corriger un défaut en fonction de l’interprétation du système de traitement d’image et d’un algorithme d’intelligence artificiel associé. Enfin, il permet la détection et le positionnement sur les zones nécessitant une opération de meulage. Le système de soudage 1 comporte un système de nettoyage 15 des éléments de soudage 9. Par exemple, ce système nettoie automatiquement les torches de soudage selon une fréquence définie par l’unité de contrôle 3.

Enfin, lorsque la plateforme et positionnée sous le joint, la masse vient automatiquement se positionner sur le tube 2 à souder et le système de soudage 1 vérifie la présence de celle-ci grâce à l’envoi d’une impulsion de courant dans le circuit de soudage.