Dans la production detubes en acier inoxydable, une bande d'acier plate est d'abord formée, qui est ensuite façonnée en tube rond.Une fois formés, les joints du tuyau doivent être soudés ensemble.Cette soudure affecte grandement la formabilité de la pièce.Par conséquent, le choix de la bonne technique de soudage est extrêmement important pour obtenir un profil de soudure capable de répondre aux exigences strictes des tests de l’industrie manufacturière.Sans aucun doute, 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 d'extrusion sont indépendants l'un de l'autre.De plus, les deux méthodes peuvent utiliser une barre magnétique, qui est un élément magnétique doux placé à l’intérieur du corps du tube, qui aide à concentrer le flux de soudage sur le bord de la bande.Dans les deux cas, la bande est découpée et nettoyée avant d'être enroulée et envoyée au point de soudure.De plus, le liquide de refroidissement est utilisé pour refroidir les bobines d’induction utilisées dans le processus de chauffage.Enfin, du liquide de refroidissement sera utilisé dans 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 importante 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 à haute fréquence est qu’il permet l’usinage à grande vitesse de tubes en acier.Cependant, comme c'est généralement le cas dans la plupart des pièces forgées en phase solide, les joints soudés à haute fréquence ne peuvent pas être 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 choisissent de compléter le processus de soudage par le soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW).GTAW crée un arc de soudage 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 produira des soudures reproductibles 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 appelées commutateurs à grande vitesse, autorisent des impulsions d'arc supérieures à 10 000 Hz.Les clients des usines de traitement de tubes en acier bénéficient de cette nouvelle technologie, où les impulsions d'arc à haute fréquence entraînent une pression d'arc vers le bas cinq fois supérieure à celle du GTAW conventionnel.Les améliorations typiques apportées incluent une résistance accrue à l’éclatement, des vitesses de ligne de soudage plus rapides et une réduction des rebuts.Les clients des producteurs de tubes en acier ont rapidement découvert 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 pressés ensemble à l'aide de supports de serrage.Cependant, la propriété unique du soudage laser réside dans sa densité de faisceau énergétique élevée.Le faisceau laser fait non seulement fondre la couche superficielle du matériau, mais crée également un trou de serrure, ce qui donne un profil de cordon de soudure 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.Ainsi, le processus sans trou de serrure donne un profil de soudure large et peu profond.La haute précision du soudage laser apporte une pénétration plus efficace, ce qui réduit la croissance des grains et apporte 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, on considère que le processus de soudage au laser est plus rapide que le GTAW, qu'ils ont le même taux de rejet et que le premier conduit à de meilleures propriétés métallographiques, ce qui conduit à une résistance à l'éclatement et une formabilité plus élevées.Comparé au soudage à haute fréquence, le laser traite les matériaux sans oxydation, 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.Ainsi, l’objectif de production est d’améliorer la formabilité en réduisant la largeur des soudures 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, avant que l'erreur dimensionnelle de la tuberie puisse jouer un rôle, la limitation de la réduction du point lumineux doit d'abord être prise en compte.
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 de soudage (plus précisément, la bobine de soudage).Une fois que la bande a été formée pour le soudage, les caractéristiques de la soudure comprennent les espaces entre les bandes, un désalignement grave/léger de la soudure et une variation de la ligne centrale 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 sur le diamètre supérieur ou 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 de soudage, le tube en acier sera encore découpé.Cela inclut les ajustements de taille et les ajustements de forme (forme).D’un autre côté, un travail supplémentaire peut éliminer certains défauts de soudure majeurs/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.L'importance croissante accordée à la formabilité sur le marché automobile est directement liée au besoin de zones affectées thermiquement (ZAT) plus petites et de profils de soudure réduits.Cela favorise à son tour le développement de la technologie laser, c’est-à-dire l’amélioration de la qualité du faisceau pour réduire la taille du spot.À mesure que la taille des points 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 soulève 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 entrer en contact avec le bain de soudure en amont du joint, où elles deviennent poussiéreuses, abrasives et vibrent.La précision de ces systèmes est de 0,25 mm (0,01 pouce), ce qui n'est pas assez précis pour un soudage laser de qualité avec un faisceau de route.Le suivi des coutures au laser, en revanche, peut atteindre la précision requise.De manière générale, une lumière laser ou des points laser sont projetés 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 erreurs de jointure et des espaces.Bien que la vitesse d'imagerie soit importante, un traceur laser de joint doit 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 s'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 plus formables.Par conséquent, le soudage au laser a trouvé un endroit où il est utilisé pour réduire la porosité de la soudure et réduire 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 : 02 décembre 2022