Techniques spécifiques de soudage
Cet article met en lumière les trois techniques spécifiques du soudage. Les techniques sont les suivantes: 1. Soudage MIAB (soudage à l'arc avec entraînement magnétique) 2. Production de tubes par soudage 3. Soudage à faible écartement.
Technique n ° 1. Soudage MIAB (soudage à l'arc sous impulsion magnétique):
Dans la soudure MIAB, qui est utilisée pour souder ensemble des pièces de section transversale tubulaire ou creuse, les faces des tubes à assembler sont séparées par un petit intervalle de 1 à 2 mm et un arc de soudage est provoqué par une décharge à haute fréquence à travers cet espace, en utilisant une source d'alimentation à courant constant, comme illustré à la Fig. 22.25. Simultanément, un champ magnétique radial statique créé à l'aide d'une bobine magnétique articulée se superpose dans l'intervalle, ce qui provoque le déplacement de l'arc autour des extrémités du tube à la suite d'une interaction avec le champ magnétique.
La vitesse de rotation de l’arc est très élevée, jusqu’à 150 m / s ou plus, ce qui permet un chauffage très rapide et uniforme des extrémités du tube. Le temps nécessaire pour atteindre le chauffage souhaité est compris entre ½ et 2 secondes en fonction de la masse de métal à chauffer. Le CO 2 est souvent utilisé comme gaz de protection pour protéger l’arc et le métal en fusion. Une fois chauffés, les extrémités des tubes sont forgées ensemble sous une pression allant jusqu'à 2200 N. Le courant de soudage maximum utilisé est normalement de 1000 A.
La soudure en phase solide produite par la soudure MIAB présente un éclair caractéristique obtenu par action de refoulement. La résistance et la qualité des soudures se comparent favorablement aux soudures produites par les procédés de soudage par friction et de soudage par étincelage. Les principaux avantages revendiqués pour le soudage MIAB par rapport aux procédés de soudage par résistance par résistance alternatifs sont les vitesses de soudage élevées, la faible consommation d'énergie, la facilité d'automatisation et la possibilité d'assemblage de tubes non circulaires.
La préparation des faces des tubes n’est pas critique, de sorte que toute surface allant du sol à celle coupée à la scie à métaux convient au soudage par soudage MIAB. Cependant, les soudures de grand diamètre (plus de 100 mm) nécessitent une connexion à courant uniforme tout autour de la périphérie pour assurer une bonne rotation de l'arc. Le taux de production avec le soudage MIAB peut être 8 à 10 fois supérieur à celui des procédés de soudage par friction et par étincelage.
Le soudage MIAB a jusqu'à présent été principalement exploité par l'industrie automobile européenne pour souder des composants en acier à faible teneur en carbone, en alliage et en acier inoxydable. Les applications spécifiques du processus comprennent la jonction des arbres d’hélice, des arbres d’entraînement, des extrémités d’essieu arrière, des amortisseurs (capuchon soudé à l’extrémité du tube) et des supports remplis de gaz. Actuellement, la gamme de diamètres de tubes pouvant être soudés par soudage MIAB est d'environ 10 à 300 mm avec une épaisseur de paroi de 0, 7 à 13 mm.
L'équipement de traitement a été développé pour les fabrications en atelier et sur le terrain.
Ce procédé ne peut pas être utilisé pour souder des barres pleines et la qualité du joint ne peut pas être garantie par le CND car il est possible d'avoir de très fines couches d'oxyde ou des inclusions aplaties au niveau de la ligne de soudure. Cependant, malgré ces limitations, le processus devrait trouver une utilisation intensive dans des industries telles que les appareils ménagers, la climatisation, la réfrigération et la fabrication de meubles.
Technique n ° 2. Production de tubes par soudage:
La production à haute cadence de tubes et de tuyaux est obtenue grâce aux trois variantes suivantes de soudage par couture par résistance:
(i) Soudage bout à bout par résistance électrique (procédé ERW),
(ii) le soudage par résistance haute fréquence (HFRW), et
(iii) Soudage par induction haute fréquence (HFIW).
i) Processus de restes explosifs de guerre:
De grandes quantités de tubes et de tuyaux en acier sont fabriquées par soudage bout à bout par résistance à partir d'une bande qui est continuellement cisaillée et enroulée dans un tube de diamètre souhaité avant le soudage. Un courant alternatif allant jusqu'à 4000A à environ 5 volts est introduit à travers le joint par des électrodes du type à rouleaux divisés et la force est appliquée par les rouleaux de pression comme indiqué sur la figure 22.26. Pour introduire un courant important directement dans les électrodes mobiles, un transformateur rotatif avec des bagues collectrices du côté primaire est utilisé. Contrairement au soudage normal, le courant et le mouvement de travail sont continus dans ce processus.
Le taux de production maximal est limité par la fréquence du courant de soudage car, à mesure que la vitesse de soudage augmente, chaque demi-cycle de courant conduit finalement au soudage par points au lieu du soudage à la molette. Pour surmonter cette difficulté, la fréquence du courant est généralement augmentée à 350 hertz pour atteindre une vitesse de soudage de 36 m / min.
Le tube obtenu grâce à ce procédé présente une ailette en métal contrecollée le long du joint de soudure, à l’intérieur comme à l’extérieur, qui est généralement éliminée par l’installation de couteaux appropriés sur la chaîne de production. Le tube est coupé aux longueurs souhaitées en utilisant un couteau qui se déplace le long du tube et est synchronisé pour couper la longueur souhaitée dans le cycle disponible dans un cycle donné.
ii) Processus HFRW:
Dans ce processus, le tube est formé par des rouleaux de la même manière que dans le procédé ERW, mais le courant est introduit dans la plage de 500 - 5000A à une fréquence allant jusqu'à 500 KHz et une tension d'environ 100 volts, via des sondes en alliages de cuivre et des brasures en argent à des montures en cuivre refroidies à l'eau lourde. La taille des pointes de contact varie de 15 à 650 mm 2 en fonction de l’intensité de courant à transporter.
Alors que dans les REG, la chaleur est générée principalement par la résistance de contact interfaciale, elle est produite par un effet de peau grâce auquel le courant circule dans une faible profondeur du conducteur et est proportionnel à √1 / f. Les rouleaux de pression destinés à fournir la pression de forgeage sont installés à une courte distance des sondes de courant sur la ligne, comme indiqué sur la Fig. 22.27. En raison de l'effet de peau, le trajet du courant se situe le long de la bande à travers le sommet du Vee formé par les surfaces de contact se rejoignant sous un angle de 4 ° à 7 ° lorsqu'elles se rapprochent pour former le tube. La profondeur de la zone chauffée est généralement inférieure à 0, 8 mm et offre ainsi les conditions optimales pour le soudage.
Dans les processus ERW, la fusion n’a pas lieu et le soudage implique donc une déformation considérable du métal chauffé afin de rompre la couche d’oxyde et de créer un contact métallique pour des soudures de qualité. Cependant, dans HFRW, une fusion superficielle peut avoir lieu et le métal en fusion ainsi produit est extrudé sous la pression de forgeage des cylindres, ce qui entraîne une compression du matériau oxydé ou d'autres impuretés. Cette action rend ce procédé applicable au soudage de métaux non ferreux dans lesquels une couche d'oxyde réfractaire est formée très rapidement en raison du chauffage.
L'utilisation de la haute tension et de la haute fréquence aide à établir un bon contact entre les sondes et le matériau du tube même s'il est incrusté de tartre. Les sondes à refroidissement par eau ont une longue durée de vie et peuvent souder des milliers de mètres de tube avant leur remplacement. porter. Les sondes de contact utilisées pour les HFRW de métaux non ferreux peuvent avoir une durée de vie trois fois supérieure à celle des sondes utilisées pour les métaux ferreux. Le soudage de 100 000 m de tubes non ferreux avec un jeu de sondes n'est pas rare.
Comme la vitesse de soudage dépend de l'épaisseur du tube et non du diamètre, il est possible d'atteindre une vitesse de soudage élevée jusqu'à 150 m / min pour les tubes HFRW de tube mince. En utilisant une unité d'alimentation de 160 KW à une alimentation de 400 KHz, il est possible de fabriquer des tubes et des tuyaux en acier et en aluminium à un taux de production élevé en fonction de l'épaisseur de la paroi, comme indiqué dans le tableau 22.6.
Lors du soudage HF de tubes et de tuyaux, le courant circule sur la surface interne des tubes ainsi que sur la surface externe. Ce courant supplémentaire qui circule en parallèle avec le courant de soudage entraîne une perte de puissance. Pour minimiser cette perte de puissance, un noyau magnétique ou bloqueur en ferrite, tel que du fer forgé, est placé à l'intérieur du tube.
L'impédateur augmente la réactance inductive du trajet du raisin autour de la surface intérieure du tube, limitant ainsi le courant intérieur indésirable et augmentant ainsi le courant extérieur. Cela conduit à des taux de production plus élevés. L’impédateur est généralement refroidi à l’eau pour maintenir sa température basse afin de ne pas perdre ses propriétés magnétiques. Pour éviter l'effondrement des tuyaux à paroi mince, le bloqueur peut être muni de rouleaux de support, comme illustré à la Fig. 22.28, à l'intérieur du tuyau en cours de soudage.
Le procédé HFRW est utilisé pour produire des tuyaux et des tubes de diamètres compris entre 12 et 1270 mm et avec une épaisseur de paroi de 0, 25 à 25 mm. Ce métal permet de souder n'importe quel métal avec une plage de vitesse allant de 5 à 300 m / minute, en fonction de l'épaisseur de la paroi.
Le procédé HFRW peut également être utilisé pour fabriquer des tubes et tuyaux en spirale et à ailettes. La figure 22.29 montre une ligne de transfert conçue pour fabriquer des tuyaux soudés en spirale à partir de bobines de protection. Il comporte une disposition pour le déroulage et le dressage automatiques des patins, le tronçonnage des extrémités, le soudage automatique, le traitement thermique de la soudure et la coupe du tuyau à la longueur voulue.
La figure 22.30 montre la disposition pour le soudage des ailettes en spirale sur les tubes. Des combinaisons de métaux dissemblables de matériaux de tubes et d'ailettes peuvent être soudées par HFRW. Les combinaisons souvent soudées comprennent un tube en acier inoxydable, une ailette en acier doux; tube de cupronickel et une ailette en aluminium; tube en acier doux et ailette en acier doux.
Les diamètres vont de 15 mm à 250 mm. La hauteur des ailettes typique est égale au rayon du tube. L'aileron peut atteindre 6 mm d'épaisseur et le pas des ailettes peut être inférieur à 1-2 par cm. Différents types d'ailettes dentelées ou pliées peuvent également être soudés à des tubes.
(iii) Processus HFIW:
Le soudage par induction à haute fréquence de tubes est similaire au soudage par résistance à haute fréquence, à ceci près que la chaleur générée dans le matériau de travail provient du courant qui y est induit. Comme il n'y a pas de contact électrique avec le travail, ce processus ne peut être utilisé que s'il existe un chemin de courant complet ou une boucle fermée entièrement dans le travail. Le courant induit circule non seulement dans la zone de soudure, mais également dans d'autres parties du travail.
Les bords des tubes sont rassemblés de la même manière que dans les processus ERW ou HFIW. Une bobine d'induction ou une inductance en cuivre refroidie à l'eau entoure le tube à l'extrémité ouverte du vé, comme illustré à la Fig. 22.31. Le courant haute fréquence traversant la bobine induit un courant circulant autour de la surface extérieure du tube et sur les bords du vé, en les chauffant à la température de soudage. La pression est appliquée pour réaliser la soudure comme dans HFRW.
HFIW convient aux tubes en n'importe quel métal de diamètre compris entre 12 et 150 mm avec une épaisseur de paroi comprise entre 0, 15 et 10 mm et une vitesse de soudage comprise entre 5 et 300 m / minute.
HFIW ne se limite pas à la fabrication de tubes mais peut être utilisé pour réaliser des soudures circonférentielles permettant de souder des bouchons à un tube. Le procédé peut être utilisé avantageusement pour des tubes revêtus, des tubes de petite taille ou à paroi mince; et il élimine le marquage de surface par les contacts électriques. Ce procédé n'est toutefois pas adapté au soudage de métaux à haute conductivité ou à partir d'oxydes réfractaires comme
il n'y a pas de mécanisme efficace pour l'élimination des oxydes. En général, le procédé HFIW est moins efficace que le procédé HFRW, en particulier lors du soudage de gros tuyaux et de grandes dimensions.
Technique n ° 3. Soudure à faible écartement:
Soudage à joint étroit est le terme appliqué à tout procédé de soudage utilisé pour assembler des sections lourdes (> 30 mm) avec une préparation de bords à bouts carrés ou presque parallèles et un petit espace d'environ 6, 5 à 9, 5 mm pour produire une soudure avec un soudage à faible volume. métal. Généralement, le procédé GMAW est utilisé pour la fabrication des soudures, mais d'autres procédés tels que SAW et GTAW ont également été utilisés avec succès.
L’objectif principal du soudage à passage étroit est de réduire le métal de soudure en vue d’obtenir un faible coût, une vitesse de soudage plus élevée, une distorsion et des contraintes réduites et d’utiliser une technique de soudage unilatéral. Le volume de métal soudé peut être aussi faible que 20% des méthodes conventionnelles, comme le montre la comparaison entre la préparation des arêtes pour les tranches SAW de 150 mm et les méthodes classiques et à écartement étroit illustrées à la Fig. 22.32.
La source d’énergie utilisée pour le procédé GMAW à intervalle étroit est du type à tension constante avec un chargeur de fil à vitesse constante, mais la tête de soudage et les buses sont de conception spéciale pour pouvoir être logés dans l’espace étroit. Le processus GMAW étroit gap est une méthode entièrement automatique et peut être utilisé dans toutes les positions. Normalement, deux fils d'électrode d'environ 1 mm de diamètre chacun sont utilisés simultanément, un fil étant dirigé vers chacune des parois. Chaque électrode nécessite sa propre alimentation en courant continu et un système d’alimentation en fil.
Les tubes de contact sont montés sur un chariot avec une distance fixe entre eux. Cependant, la méthode à faible écartement peut également être utilisée avec un fil électrode, qui peut être soumis à une oscillation pour obtenir un dépôt de soudure uniforme. Le gaz de protection utilisé est un mélange d'argon et de 20 à 25% de CO2.
Le courant utilisé est d'environ 230 à 250 A pour un fil d'électrode de 1 mm de diamètre avec une électrode positive de 25 à 26 volts.
La vitesse de déplacement est d'environ 1 à 1, 25 m / min, ce qui entraîne un apport de chaleur d'environ 300 à 450 J / mm par électrode par passe. La distance entre la buse et le travail est maintenue fixe à environ 13 mm. Une bande de support est nécessaire pour lancer le processus de soudage. Celui-ci doit ensuite être éliminé généralement par gougeage à l'arc-air et par meulage avant le soudage des racines. Non seulement cela coûte cher et prend du temps, mais cela nuit également à la qualité de la soudure. Environ 4 passes sont nécessaires par cm d'épaisseur de l'ouvrage à souder.
Pour surmonter le manque de fusion des parois latérales, les tubes de contact sont agencés de manière à diriger le fil d'électrode vers le point approprié sur la paroi latérale. En variante, des alimenteurs d'électrodes spéciaux sont utilisés pour fournir une courbure, une ondulation ou une torsion nécessaire sur le fil d'électrode, comme indiqué sur la figure 22, 33, juste avant de passer au tube de contact. Les tubes de contact sont normalement refroidis à l'eau et isolés pour éviter les courts-circuits par contact avec les parois latérales.
Les limites du soudage à jeu étroit incluent les têtes de soudage relativement fragiles et les difficultés associées à la réparation de telles soudures. Ces difficultés sont maintenant surmontées en utilisant un procédé avec un intervalle de 14 à 20 mm et en utilisant 3 fils d'électrode. Lorsque le procédé SAW ou FCAW est utilisé, le soudage est effectué en position basse, mais pour le soudage toutes positions, le procédé GMAW avec une seule électrode de 3, 2 mm de diamètre est utilisé avec un réglage de courant de 400-450 A et une plage de tension de 30- 37 volts. Le gaz de protection utilisé est généralement un mélange d’hélium, d’argon et de CO 2 dans des proportions égales.
La vitesse de déplacement atteinte est d'environ 40 cm / min. La source d'alimentation utilisée est du type à courant continu et à tension constante, mais la polarité négative de l'électrode est utilisée. Alors que le transfert de métal avec le soudage à faible écartement est en mode pulvérisation, il est globulaire avec des espaces plus larges. Dans cette méthode, le tube de contact ne s’étend pas à l’intérieur de l’intervalle, ce qui lui confère une longue adhérence avec un réchauffement considérable du fil d’électrode.
Le problème majeur posé par ces deux versions de soudage à passage étroit est la préparation du joint de soudure de manière à ce que le jeu entre les deux pièces à souder soit uniforme. Considérant que la tolérance autorisée sur la géométrie de l'écart
Le soudage à faible écartement peut être utilisé pour souder des aciers au carbone, des aciers Q & T à haute résistance, de l'aluminium et du titane. Les applications spécifiques du procédé comprennent le soudage des cuves sous pression de réacteurs, des récepteurs de vapeur et des échangeurs de chaleur, des arbres d’entraînement de grand diamètre, des systèmes d’alimentation en eau haute pression à parois épaisses, des tuyaux à paroi épaisse et des soudures à pénétration complète dans des composants jusqu’à 900 mm d’épaisseur en génie nucléaire.
