Pertinence

Pour obtenir des joints durables sur des tuyaux inoxydables de petit et moyen diamètre en acier fortement allié, ainsi qu'en aluminium, titane, nickel et autres alliages, on utilise des méthodes de soudage par fusion - soudage à l'arc sous protection de gaz inerte et soudage au plasma. Outre les types de tuyaux les plus courants d x s = (8 + 102) x (1 + 3) mm, le soudage de tuyaux aux parois particulièrement fines (8 + 40) x (0,2 + 0,35) mm, qui nécessitent un ajustement très précis des conditions thermiques de soudage, est très courant.

Soudage gaz-électrique

Un arc électrique est utilisé entre une électrode en tungstène non consommable et l'ébauche du tube. La chaleur de l'arc est concentrée dans une petite zone de la zone de combustion, ce qui fait fondre les bords assez rapidement. Le bain de métal en fusion est protégé de l'air par une couche de gaz inerte, qui empêche l'oxydation du métal, jusqu'à ce que la soudure soit formée. La soudure se cristallise d'elle-même et les bords ne sont pas écrasés. Ce procédé de soudage permet de produire des tubes en acier fortement allié et en différents alliages avec une très bonne qualité et des soudures solides sans perles en dents de scie.

Technologie de soudage

Outre une électrode en tungstène de 3 à 5 mm de diamètre, une buse en céramique est nécessaire pour acheminer le gaz jusqu'au point de soudage. Le chauffage est fixé à la tête de soudage, qui est équipée de dispositifs de réglage longitudinal (parallèle à la soudure), vertical et transversal. Le soudage est effectué avec un courant alternatif de 180 à 360 Hz. Le plus souvent, c'est le courant continu qui est utilisé. Selon le matériau à souder, il peut être de polarités différentes en raison de la température plus élevée des points d'anode de l'arc. Le courant alternatif rend l'arc plus puissant mais moins stable.

L'arc

Les tubes de qualité normale sont soudés à l'aide d'un arc continu d'environ 10KV avec un ampérage de 100-300A. Cet arc n'est pas beaucoup plus long que l'épaisseur de la paroi du produit. Pour l'acier inoxydable, en particulier pour les tubes à parois minces, on utilise un courant de 20 à 30 A, mais même avec ce courant, l'arc est instable, peut provoquer des brûlures et des déformations des bords. C'est pourquoi on utilise un arc pulsé pour souder ces tuyaux. Il combine un arc à faible ampérage (1-1,5 A), qui brûle en permanence, et un arc pulsé (à 0,8-1 mm, intensité du courant 20-30 A), qui brûle périodiquement. Des sources d'énergie distinctes sont connectées à une seule électrode. L'arc pulsé fait fondre le métal et l'arc à faible ampérage est nécessaire pour exciter l'arc pulsé et souder les cratères.

Soudage de tubes à parois extrêmement fines

L'une des particularités de ce type de soudage est la précision de l'assemblage des bords. Cela est possible grâce à l'utilisation d'un cutter à la place des rouleaux de support, dont le diamètre d'alésage est réglable.
La protection de la zone de soudage et le refroidissement du bain de soudure sont assurés par de l'argon, de l'hélium ou des mélanges à base d'hélium. L'hélium est le plus approprié : il contribue à stabiliser l'arc et le transfert de chaleur, ce qui améliore la qualité des soudures et la vitesse de soudage. Cependant, l'hélium se dissipe rapidement en raison de sa faible densité. L'argon est plus dense que l'air, il est plus économique, protège mieux la zone de soudage et est moins cher. Le soudage à l'arc sous argon est très répandu

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Une autre tâche importante consiste à produire des tuyaux avec une "bavure" interne minimale, c'est-à-dire la projection de la soudure sur la surface du tuyau. Le cordon de soudure est suspendu par les forces de tension superficielle. Plus l'épaisseur des tuyaux est importante et plus le poids d'un tel plateau est élevé, plus il s'affaisse vers l'intérieur. Pour créer des forces verticales supplémentaires et pour protéger contre l'oxydation, de l'argon est injecté dans la cavité du tube. Les petites "perles" créées par ce procédé permettent d'utiliser les tubes soudés comme billettes pour les laminoirs HWP.

Inconvénients

Le principal inconvénient de la méthode de l'arc sous argon est la faible vitesse de soudage (0,01-0,03 m/s). Pour les tuyaux à parois très fines, la vitesse de soudage est de 0,01 m/s. Cela est dû à la limite de la capacité thermique sous l'eau (en raison des déformations possibles des bords et des brûlures), ainsi qu'au temps nécessaire à la solidification du métal fondu.

Optimisation

Pour accélérer le soudage, les bords sont préchauffés à 150-200 °C à l'aide d'un inducteur à haute fréquence. L'utilisation de plasmatrons permet d'augmenter encore la vitesse de soudage. Ils sont utilisés pour le soudage par microplasma et le soudage à l'arc comprimé fermé. Cet arc est obtenu après l'installation des électrodes à l'intérieur de la torche et la formation d'un mince canal de tuyère dont le diamètre de l'arc de combustion peut atteindre 3 mm. Cette ouverture permet également aux gaz plasmatiques de s'échapper. L'arc se produit entre l'électrode et le bord (arc direct). L'argon isole et comprime l'arc à la sortie de la buse. La densité du courant dans l'arc augmente et le gaz est ionisé et transformé en plasma. La température dans la partie centrale d'un tel arc est de t* 1500-3000°C. Comme le point de chauffe est réduit de plus de 2 fois, l'augmentation de la concentration de courant avec le même apport de chaleur accélère pratiquement le soudage d'un facteur 2. La consommation d'argon est réduite. Le soudage au plasma, tout comme le soudage à l'arc sous argon, est réalisé en mode continu et en mode pulsé.

Soudage à l'arc microplasma

Il est utilisé pour les tubes 12x18N10T à parois particulièrement fines. En raison du degré plus élevé de compression de l'arc et de la densité du courant avec un diamètre de buse minimum de 1 mm et un diamètre d'électrode de 1 mm, l'arc est allumé par une source d'énergie séparée à faible courant. Lorsque le jet de plasma est formé, cet arc est éteint, la tension est commutée sur un tube et un arc de plasma direct est formé. Le petit point de chauffe empêche la déformation des bords et permet d'obtenir un joint étroit. Au cours de ce processus de soudage, les gaz ionisés peuvent atteindre des vitesses quasi-soniques en raison de la température élevée et du fait que le gaz circule dans des canaux étroits de la buse. Lorsque le débit de plasma est critique, le soudage se transforme en coupage.

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