Les progrès dans le traitement des matériaux ont ouvert des opportunités uniques dans le domaine de la production de tubes en acier inoxydable.Les applications typiques incluent les tuyaux d'échappement, les tuyaux de carburant, les injecteurs de carburant et d'autres composants.Dans la production de tuyaux en acier inoxydable, une bande d'acier plate est d'abord formée, puis sa forme est transformée en tube rond.Une fois formées, les coutures des tubes doivent être soudées ensemble.Cette soudure affecte grandement la formabilité de la pièce.Par conséquent, il est extrêmement important de sélectionner la technique de soudage appropriée pour obtenir un profil de soudage pouvant répondre aux exigences strictes des tests de l’industrie manufacturière.Il ne fait aucun doute que le soudage à l’arc sous gaz tungstène (GTAW), le soudage à haute fréquence (HF) et le soudage au laser ont chacun été appliqués à la fabrication de tuyaux en acier inoxydable.
Soudage par induction haute fréquence
Dans le soudage par contact haute fréquence et le soudage par induction haute fréquence, l'équipement qui fournit le courant et l'équipement qui fournit la force de pression sont indépendants l'un de l'autre.De plus, les deux méthodes peuvent utiliser des barres magnétiques, qui sont des éléments magnétiques doux placés à l’intérieur du corps du tube, qui aident à concentrer le flux de soudage au bord de la bande.
Dans les deux cas, la bande est découpée et nettoyée, enroulée et envoyée au point de soudure.De plus, un liquide de refroidissement est utilisé pour refroidir les bobines d’induction utilisées dans le processus de chauffage.Enfin, du liquide de refroidissement sera utilisé pour le processus d'extrusion.Ici, beaucoup de force est appliquée sur la poulie de serrage pour éviter de créer de la porosité dans la zone de soudure ;cependant, l'utilisation d'une force de compression plus élevée entraînera une augmentation des bavures (ou des cordons de soudure).C’est pourquoi des couteaux spécialement conçus sont utilisés pour ébavurer l’intérieur et l’extérieur du tube.
Le principal avantage du procédé de soudage haute fréquence est qu’il permet un usinage à grande vitesse des tubes en acier.Cependant, comme c'est généralement le cas pour la plupart des joints forgés en phase solide, les joints soudés à haute fréquence ne sont pas facilement testés de manière fiable à l'aide de techniques non destructives (CND) conventionnelles.Des fissures de soudure peuvent se produire dans des zones plates et minces de joints à faible résistance qui ne peuvent pas être détectées par les méthodes traditionnelles et peuvent manquer de fiabilité dans certaines applications automobiles exigeantes.
Soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW)
Traditionnellement, les fabricants de tubes en acier optent pour le soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW) pour compléter le processus de soudage.GTAW crée un arc électrique entre deux électrodes de tungstène non consommables.Dans le même temps, un gaz de protection inerte est introduit depuis la torche pour protéger les électrodes, générer un flux de plasma ionisé et protéger le bain de fusion fondu.Il s’agit d’un processus établi et compris qui aboutira à un processus de soudage reproductible de haute qualité.
Les avantages de ce procédé sont la répétabilité, le soudage sans projections et l'élimination de la porosité.GTAW est considéré comme un processus de conduction électrique, donc, relativement parlant, le processus est relativement lent.
Impulsion d'arc à haute fréquence
Ces dernières années, les sources d'énergie de soudage GTAW, également connues sous le nom de commutateurs à grande vitesse, ont permis des impulsions d'arc supérieures à 10 000 Hz.Les clients de l'usine de traitement de tubes en acier bénéficient de cette nouvelle technologie. L'impulsion d'arc à haute fréquence provoque une pression descendante de l'arc cinq fois supérieure à celle du GTAW conventionnel.Les améliorations représentatives incluent une résistance accrue à l'éclatement, des vitesses de ligne de soudage plus rapides et une réduction des rebuts.
Le client du fabricant de tubes en acier a rapidement constaté que le profil de soudure obtenu par ce procédé de soudage devait être réduit.De plus, la vitesse de soudage est encore relativement lente.
La soudure au laser
Dans toutes les applications de soudage de tuyaux en acier, les bords de la bande d'acier sont fondus et solidifiés lorsque les bords des tuyaux en acier sont serrés ensemble à l'aide de supports de serrage.Cependant, une propriété unique du soudage laser est sa densité de faisceau énergétique élevée.Le faisceau laser a non seulement fait fondre la couche superficielle du matériau, mais a également créé un trou de serrure, de sorte que le profil de soudure est très étroit.Les densités de puissance inférieures à 1 MW/cm2, comme la technologie GTAW, ne produisent pas une densité d'énergie suffisante pour produire des trous de serrure.De cette façon, le processus sans trou de serrure permet d'obtenir un profil de soudure large et peu profond.La haute précision du soudage laser conduit à une pénétration plus efficace, ce qui réduit la croissance des grains et conduit à une meilleure qualité métallographique ;d'autre part, l'apport d'énergie thermique plus élevé et le processus de refroidissement plus lent du GTAW conduisent à une construction soudée grossière.
De manière générale, le processus de soudage au laser est considéré comme plus rapide que le GTAW, ils ont le même taux de rebut et le premier apporte de meilleures propriétés métallographiques, ce qui conduit à une résistance à l'éclatement et une formabilité plus élevées.Par rapport au soudage à haute fréquence, aucune oxydation ne se produit lors du traitement laser du matériau, ce qui entraîne des taux de rebut plus faibles et une formabilité plus élevée.Influence de la taille des points : Lors du soudage des usines de tubes en acier inoxydable, la profondeur de soudage est déterminée par l'épaisseur du tube en acier.De cette manière, l’objectif de production est d’augmenter la formabilité en réduisant la largeur de la soudure, tout en atteignant des vitesses plus élevées.Lors du choix du laser le plus approprié, il faut non seulement tenir compte de la qualité du faisceau, mais également de la précision du broyeur.De plus, les limites de la réduction du point doivent être prises en compte avant que l'erreur dimensionnelle du broyeur à tubes puisse entrer en jeu.
Il existe de nombreux problèmes dimensionnels spécifiques au soudage de tubes en acier, cependant, le principal facteur affectant le soudage est le joint sur la boîte soudée (plus précisément, la bobine soudée).Une fois la bande formée et prête à être soudée, les caractéristiques de la soudure comprennent l'écart entre les bandes, un désalignement grave/léger de la soudure et des changements dans l'axe de la soudure.L'écart détermine la quantité de matériau utilisée pour former le bain de fusion.Une pression trop élevée entraînera un excès de matériau au sommet ou au diamètre intérieur du tuyau.D’un autre côté, un désalignement grave ou léger de la soudure peut entraîner un mauvais profil de soudure.De plus, après avoir traversé la boîte soudée, le tube en acier sera encore découpé.Cela inclut l'ajustement de la taille et l'ajustement de la forme (forme).D'un autre côté, un travail supplémentaire peut éliminer certains défauts de soudure graves/mineurs, mais probablement pas tous.Bien entendu, nous souhaitons atteindre le zéro défaut.En règle générale, les défauts de soudure ne doivent pas dépasser cinq pour cent de l’épaisseur du matériau.Le dépassement de cette valeur affectera la résistance du produit soudé.
Enfin, la présence d’une ligne médiane de soudure est importante pour la production de tubes en acier inoxydable de haute qualité.Avec l'importance croissante accordée à la formabilité sur le marché automobile, il existe une corrélation directe entre la nécessité d'une zone affectée thermiquement (ZAT) plus petite et un profil de soudure réduit.Ceci a conduit à des progrès dans la technologie laser qui améliorent la qualité du faisceau afin de réduire la taille du point.À mesure que la taille du point continue de diminuer, nous devons accorder davantage d’attention à la précision de la numérisation de la ligne médiane de la couture.D'une manière générale, les fabricants de tubes en acier essaient de réduire cet écart autant que possible, mais en pratique, il est très difficile d'obtenir un écart de 0,2 mm (0,008 pouces).Cela entraîne la nécessité d’utiliser un système de suivi des coutures.Les deux techniques de suivi les plus courantes sont le balayage mécanique et le balayage laser.D'une part, les systèmes mécaniques utilisent des sondes pour contacter le joint en amont du bain de soudure, qui est soumis à la poussière, à l'usure et aux vibrations.La précision de ces systèmes est de 0,25 mm (0,01 pouces), ce qui n'est pas assez précis pour un soudage laser de qualité à faisceau élevé.
D’un autre côté, le suivi des coutures au laser peut atteindre la précision requise.En règle générale, un faisceau laser ou un point laser est projeté sur la surface de la soudure et l'image résultante est renvoyée à une caméra CMOS, qui utilise des algorithmes pour déterminer l'emplacement des soudures, des mauvais joints et des espaces.Bien que la vitesse d'imagerie soit importante, les trackers laser de joint doivent disposer d'un contrôleur suffisamment rapide pour compiler avec précision la position de la soudure tout en fournissant le contrôle en boucle fermée nécessaire pour déplacer la tête de focalisation laser directement sur le joint.Par conséquent, la précision du suivi des coutures est importante, tout comme le temps de réponse.
En général, la technologie de suivi des joints est suffisamment développée pour permettre également aux fabricants de tubes en acier d'utiliser des faisceaux laser de meilleure qualité pour produire des tubes en acier inoxydable mieux formables.En conséquence, le soudage au laser a trouvé un moyen de réduire la porosité et le profil de la soudure tout en maintenant ou en augmentant la vitesse de soudage.Les systèmes laser, tels que les lasers à dalle refroidis par diffusion, ont amélioré la qualité du faisceau, améliorant encore la formabilité en réduisant la largeur de la soudure.Ce développement a conduit à la nécessité d'un contrôle dimensionnel plus strict et d'un suivi des joints au laser dans les usines de tubes en acier.
Heure de publication : 29 août 2022