Les principaux paramètres de processus à haute fréquencetuyau soudé à joint droitLes paramètres à prendre en compte incluent l'apport de chaleur de soudage, la pression de soudage, la vitesse de soudage, l'angle d'ouverture, la position et la taille de la bobine d'induction, la position de l'impédance, etc. Ces paramètres ont un impact majeur sur l'amélioration de la qualité des tubes soudés haute fréquence, l'efficacité de la production et la capacité unitaire. Un réglage précis de ces paramètres permet aux fabricants de réaliser des économies substantielles.
1. Apport de chaleur de soudage : Lors du soudage à haute fréquence de tubes à joint rectiligne, la puissance de soudage détermine l'apport de chaleur. Si les conditions extérieures sont constantes et que l'apport de chaleur est insuffisant, le bord de la bande chauffée n'atteint pas la température de soudage et reste solide, formant des soudures froides qui ne fusionnent pas. Ce défaut de fusion, dû à un apport de chaleur trop faible, se manifeste généralement par l'échec du test d'aplatissement, l'éclatement du tube lors du test hydraulique ou la fissuration du cordon de soudure lors du redressage. Il s'agit d'un défaut grave. Par ailleurs, la qualité du bord de la bande influe également sur l'apport de chaleur. Par exemple, la présence de bavures sur le bord peut provoquer une inflammation avant l'entrée dans la zone de soudage du rouleau d'extrusion, entraînant une perte de puissance et un faible apport de chaleur, et donc des soudures froides ou non fusionnées. Lorsque l'apport de chaleur est excessif, le bord de la bande chauffée dépasse la température de soudage, provoquant une surchauffe, voire une brûlure. La soudure se fissure alors sous l'effet des contraintes, et il arrive que le métal en fusion gicle et forme des trous suite à la rupture de la soudure. Ces défauts, tels que les piqûres et les trous dus à un apport de chaleur excessif, se manifestent principalement par des échecs aux essais d'aplatissement à 90° et aux essais de résilience, ainsi que par des ruptures ou des fuites de tubes en acier lors des essais hydrauliques.
2. Pression de soudage (réduction de diamètre) : La pression de soudage est le principal paramètre du procédé de soudage. Après que le bord de la bande a été chauffé à la température de soudage, les atomes de métal se combinent pour former une soudure sous l'effet de la force d'extrusion du rouleau extrudeur. L'intensité de la pression de soudage influe sur la résistance et la ténacité de la soudure. Si la pression appliquée est trop faible, le bord de la soudure ne fusionne pas complètement et les oxydes métalliques résiduels présents dans la soudure ne peuvent pas être éliminés, formant des inclusions qui réduisent considérablement la résistance à la traction de la soudure et la rendent plus susceptible de se fissurer sous contrainte. Si la pression appliquée est trop élevée, la majeure partie du métal ayant atteint la température de soudage est extrudée, ce qui réduit non seulement la résistance et la ténacité de la soudure, mais engendre également des défauts tels que des bavures internes et externes excessives ou des recouvrements de soudure. La pression de soudage est généralement mesurée et évaluée en fonction de la variation de diamètre du tube d'acier avant et après le passage dans le rouleau extrudeur, ainsi que de la taille et de la forme des bavures. Influence de la force d'extrusion de soudage sur la forme des bavures. L'extrusion de soudage est trop importante, les projections sont abondantes et la quantité de métal fondu extrudé est excessive ; les bavures sont importantes et débordent de part et d'autre de la soudure. À l'inverse, une extrusion trop faible entraîne une quasi-absence de projections et des bavures petites et accumulées. Une extrusion modérée permet d'obtenir des bavures verticales, d'une hauteur généralement comprise entre 2,5 et 3 mm. Un contrôle précis de l'extrusion garantit un angle d'incidence du métal symétrique de haut en bas et de gauche à droite, compris entre 55° et 65°. Le cordon de soudure présente alors une forme profilée.
3. Vitesse de soudage : La vitesse de soudage est un paramètre essentiel du procédé. Elle est liée au système de chauffage, à la vitesse de déformation de la soudure et à la vitesse de cristallisation des atomes métalliques. En soudage haute fréquence, la qualité de la soudure s'améliore avec l'augmentation de la vitesse, car la réduction du temps de chauffage diminue la largeur de la zone de chauffe et le temps de formation des oxydes métalliques. À l'inverse, une vitesse de soudage réduite élargit non seulement la zone de chauffe (et donc la zone affectée thermiquement), mais aussi la zone de fusion. De plus, la largeur de la zone fondue varie en fonction de la chaleur apportée et les bavures internes sont plus importantes. La largeur de la ligne de fusion varie selon la vitesse de soudage. À basse vitesse, la réduction de l'apport de chaleur engendre des difficultés de soudage. Par ailleurs, la qualité du bord de la pièce et d'autres facteurs externes, tels que l'impédance magnétique et l'angle d'ouverture, influencent la qualité du soudage et peuvent facilement provoquer des défauts. Par conséquent, lors du soudage à haute fréquence, la vitesse de soudage la plus rapide doit être sélectionnée pour la production en fonction des spécifications du produit et dans les limites de la capacité de l'unité et de l'équipement de soudage.
4. Angle d'ouverture : L'angle d'ouverture, également appelé angle de soudage en V, correspond à l'angle formé par le bord de la bande d'acier devant le rouleau d'extrusion. Généralement, cet angle varie entre 3° et 6°. Sa valeur est principalement déterminée par la position du rouleau de guidage et l'épaisseur de la plaque de guidage. L'angle d'ouverture en V influe fortement sur la stabilité et la qualité du soudage. En réduisant cet angle, la distance au bord de la bande diminue, ce qui renforce l'effet de proximité du courant haute fréquence. Il est ainsi possible de réduire la puissance de soudage ou d'augmenter la vitesse de soudage, améliorant ainsi la productivité. À l'inverse, un angle d'ouverture trop faible entraîne un soudage prématuré : le point de soudure est comprimé et fusionné avant d'avoir atteint la température requise, ce qui favorise la formation d'inclusions et de défauts de soudage à froid, et nuit à la qualité de la soudure. Bien que la consommation d'énergie augmente avec l'angle de V, cela permet, sous certaines conditions, de garantir la stabilité du chauffage des bords de la bande, de réduire les pertes de chaleur et de limiter la zone affectée thermiquement. En production, pour assurer la qualité de la soudure, l'angle de V est généralement maintenu entre 4° et 5°.
5. Dimensions et position de la bobine d'induction : La bobine d'induction est un élément essentiel du soudage par induction haute fréquence. Ses dimensions et sa position influent directement sur le rendement. La puissance transmise par la bobine au tube d'acier est proportionnelle au carré de l'entrefer. Un entrefer trop important réduit considérablement le rendement. On recommande généralement un entrefer d'environ 10 mm. La largeur de la bobine est déterminée en fonction du diamètre extérieur du tube. Une bobine trop large diminue son inductance, la tension à ses bornes et la puissance de sortie. À l'inverse, une bobine trop étroite augmente la puissance de sortie, mais accroît les pertes par effet Joule. En règle générale, une largeur de bobine comprise entre 1 et 1,5D (D étant le diamètre extérieur du tube) est optimale. La distance entre l'extrémité avant de la bobine d'induction et le centre du rouleau d'extrusion est égale ou légèrement supérieure au diamètre du tube ; une valeur de 1 à 1,2D est donc optimale. Si cette distance est trop importante, l'effet de proximité de l'angle d'ouverture est réduit, ce qui entraîne une distance de chauffage des bords trop longue et, par conséquent, une température de soudage insuffisante, réduisant ainsi la durée de vie du joint.
6. Fonction et position de la résistance : la tige magnétique de la résistance sert à réduire le courant haute fréquence circulant à l'arrière du tube en acier, tout en concentrant ce courant pour chauffer l'angle en V de la bande d'acier. Ceci permet d'éviter les pertes de chaleur dues à l'échauffement du corps du tube. Sans refroidissement, la tige magnétique dépasserait sa température de Curie (environ 300 °C) et perdrait son magnétisme. Sans résistance, le courant et la chaleur induite se disperseraient dans tout le tube, augmentant la puissance de soudage et provoquant une surchauffe. La résistance n'a aucun effet thermique dans l'ébauche du tube. Son positionnement influe considérablement sur la vitesse et la qualité du soudage. L'expérience a démontré que le meilleur résultat d'aplatissement est obtenu lorsque l'extrémité avant de la résistance est alignée avec l'axe du rouleau d'extrusion. Lorsque l'impédance dépasse l'axe du rouleau de compression et s'étend latéralement à la machine de calibrage, l'effet d'aplatissement est considérablement réduit. Si elle est inférieure à l'axe et latéralement au rouleau de guidage, la résistance de la soudure est diminuée. La position optimale consiste à placer l'impédance dans l'ébauche de tube, sous l'inducteur, de manière à ce que son extrémité coïncide avec l'axe du rouleau d'extrusion ou soit décalée de 20 à 40 mm dans le sens du formage. Ceci permet d'augmenter l'impédance inverse du tube, de réduire les pertes par courant de circulation et, par conséquent, la puissance de soudage.
Date de publication : 5 juillet 2023