Problèmes courants liés au soudage haute fréquence des tubes en acier

Letuyau en acier haute fréquenceL'unité de soudage est l'équipement central de toute la ligne de production HFW et exige une expertise technique pointue. Un réglage incorrect affecte directement la qualité du tube en acier soudé. Cet article utilise le soudage par extrusion à cinq rouleaux comme exemple pour détailler les problèmes courants liés au soudage haute fréquence et leurs causes.

Tout d'abord, la forme de la bavure externe
Les bavures externes se forment par chauffage à haute fréquence et extrusion du bord de la tôle. Leur forme dépend de facteurs tels que le volume d'extrusion lors du soudage, la puissance de soudage et la forme du bord de la tôle. Par conséquent, la forme de la bavure externe est l'indicateur le plus intuitif de la qualité de la soudure et peut servir à l'évaluer.

1. Bavure externe uniforme : Une bonne forme de bavure externe est obtenue lorsque la bavure métallique extrudée forme un motif en forme de champignon, chevauchant la bavure métallique déformée et fusionnant partiellement avec elle. Il en résulte une soudure avec une zone affectée thermiquement d'une largeur modérée.
2. Bavures externes plates : Les bavures de métal extrudé se présentent sous forme de lamelles recouvrant des bavures de métal déformé, formant une bavure plate en forme d’arc qui repose à plat sur la surface du tube d’acier soudé. Cette configuration peut facilement entraîner une zone affectée thermiquement (ZAT) de soudure excessivement large. Les bavures de métal déformé sont relativement abondantes, tandis que les bavures de métal extrudé sont relativement rares, voire absentes. Cela empêche l’élimination des impuretés de la soudure et peut provoquer des fissures lors de l’essai d’aplatissement. Ces deux configurations peuvent facilement entraîner une ZAT de soudure excessivement étroite.

Cause : De manière générale, à vitesse d'extrusion constante, une puissance de soudage plus élevée entraîne une proportion plus importante de bavures métalliques extrudées par rapport au volume total des bavures externes, et ces dernières s'aplatissent. À puissance de soudage constante, des vitesses d'extrusion plus élevées entraînent une proportion plus importante de bavures métalliques déformées par rapport au volume total des bavures externes, et ces dernières deviennent plus verticales. Les faibles vitesses d'extrusion nécessitent une puissance de soudage plus faible pour garantir la qualité de la soudure ; inversement, les vitesses d'extrusion élevées nécessitent une puissance de soudage plus élevée. Cependant, une vitesse d'extrusion trop faible entrave l'élimination des inclusions de soudure, tandis qu'une vitesse d'extrusion trop élevée peut entraîner une extrusion excessive de métal en fusion, aboutissant à une soudure froide.
3. Bavures externes inclinées. Cause : Un défaut d’alignement entre les deux bords de la plaque lors du soudage bout à bout entraîne des états de contrainte différents, ce qui provoque l’expulsion du métal en fusion et sa déviation de sa position initiale.

Deuxièmement, l’impact de la morphologie des bords de la bande sur la qualité du soudage.
1. Morphologie des bords de bande. Méthode de détermination de la morphologie des bords de bande :
Essai de semi-soudure : Un échantillon semi-soudé est soumis à un essai à haute fréquence. Cet échantillon correspond à la zone de transition entre le soudage bout à bout et la fusion, au niveau du bord de la soudure. À l’aide d’un appareil d’aplatissement, l’échantillon est fracturé le long du cordon de soudure, révélant deux zones distinctes : la zone de fusion et la zone non fusionnée. La fracture de la zone de fusion apparaît blanc argenté, tandis que celle de la zone non fusionnée apparaît bleu-noir. La limite entre les deux zones forme une courbe en C.
2. Observez l'angle des lignes de courant supérieure et inférieure en métallographie des soudures haute fréquence. Généralement, on observe une forme en V positif lorsque l'angle de la ligne de courant inférieure est supérieur à celui de la ligne de courant supérieure ; une forme en I lorsque les angles des lignes de courant supérieure et inférieure sont égaux ou presque égaux ; et une forme en V inversé lorsque l'angle de la ligne de courant supérieure est supérieur à celui de la ligne de courant inférieure.
3. Défaut d'alignement et de réglage des bords. Le défaut d'alignement des bords de la tôle (également appelé soudage par recouvrement) est un facteur important qui influe sur la qualité du soudage. Si ce défaut d'alignement est dû à un réglage incorrect, l'épaisseur effective de la paroi soudée est réduite, ce qui peut facilement entraîner une concentration des contraintes.

Les causes du défaut d'alignement lors du soudage de tubes en acier sont les suivantes :
(1) Dans la plupart des cas, ce problème est dû à la différence de hauteur des deux rouleaux supérieurs d'extrusion. Il peut donc être corrigé en ajustant la hauteur de l'un des rouleaux supérieurs d'extrusion.
(2) Ce problème peut parfois être dû à la différence de hauteur des rouleaux d'extrusion soudés. Il peut être corrigé en ajoutant ou en retirant des joints métalliques au bas ou sur le côté du cadre du rouleau d'extrusion.
Un défaut d'alignement dû à des angles différents des bords de la plaque soudée peut facilement entraîner un décalage de la bavure de soudure. Le contrôle métallographique du soudage haute fréquence révèle une ligne de fusion courbée ou des angles de lignes de flux asymétriques de part et d'autre de la ligne de fusion. Les causes de ce défaut d'alignement sont les suivantes :
(1) La position du rouleau supérieur d'extrusion est asymétrique par rapport à l'axe de laminage du tube en acier soudé, ce qui entraîne une force inégale exercée par les deux rouleaux supérieurs d'extrusion sur les deux bords de la tôle. Le bâti du rouleau supérieur d'extrusion peut être ajusté horizontalement afin que ce dernier se déplace simultanément vers la gauche ou la droite, la soudure se trouvant ainsi au centre du rouleau supérieur d'extrusion (Figure 12). (2) Les hauteurs des deux rouleaux latéraux d'extrusion sont différentes ou le bâti du rouleau d'extrusion est incliné.
(3) Raisons liées à la qualité des bords de la plaque. La bande présente des défauts tels que des pliures en forme de faucille et des pliures ondulées, ou le bord de la bande est usé d'un côté.
Causes de la torsion des soudures :
(1) Les hauteurs des deux rouleaux latéraux de soudage sont différentes, ce qui peut être corrigé en ajoutant ou en retirant des joints métalliques au bas ou sur le côté du cadre du rouleau horizontal.
(2) Les positions des deux rouleaux latéraux d'extrusion sont asymétriques le long du centre de roulement du tube en acier soudé, ce qui entraîne des forces inégales appliquées par les deux rouleaux latéraux d'extrusion à la billette de tube, provoquant la torsion de la billette de tube.
(3) Les roulements ou les plaques de guidage des rouleaux de finition sont endommagés, ce qui entraîne l’incapacité de contrôler la torsion de la soudure.
(4) La position du galet de guidage est réglée trop haut verticalement, et seule une partie de son alésage entre en contact avec la billette d'acier. Il en résulte une force insuffisante appliquée à la billette, une torsion incontrôlée du galet, voire des dommages au galet de guidage ou au palier. Troisièmement, les indentations et piqûres sur le tube d'acier sont de deux types : les indentations linéaires, dues à un mauvais réglage du galet, et les indentations en forme de croissant, causées par l'usure du galet. Les piqûres sur le tube d'acier sont généralement dues aux renflements du galet et à la calamine qui y adhère.

1. Indentation linéaire
(1) Indentation linéaire continue : Elle est due à un mauvais alignement des rouleaux. Elle apparaît souvent dans les espaces entre les rouleaux. L’indentation la plus courante se situe entre le rouleau supérieur et le rouleau latéral. Des indentations peuvent également se former entre le rouleau latéral et le rouleau inférieur.
Cause : Elle est généralement due à un mauvais alignement des positions du rouleau latéral et du rouleau supérieur.
Méthode de réglage : Le réglage peut s’effectuer en relevant la position du rouleau d’extrusion supérieur ou en réduisant la distance entre les deux rouleaux latéraux.
Cause : Elle est généralement due à un mauvais alignement des positions du rouleau latéral et du rouleau inférieur.
Méthode de réglage : Le réglage peut s’effectuer en abaissant la position du rouleau d’extrusion inférieur ou en réduisant la distance entre les deux rouleaux latéraux.
Cause et méthode de réglage :
a. La hauteur de l'un des rouleaux d'extrusion supérieurs est trop basse. Ajustez la hauteur de ce rouleau.
b. La position du rouleau latéral d'extrusion est asymétrique. En raison des forces différentes, le rouleau latéral du côté où se produit l'indentation peut être serré, ou celui du côté où il n'y a pas d'indentation peut être desserré.
c. Les rouleaux latéraux sont causés par des hauteurs différentes.
d. La distance entre les deux rouleaux supérieurs d'extrusion et la soudure est inégale en raison du défaut d'alignement des rouleaux supérieurs d'extrusion. Ajustez horizontalement le cadre des rouleaux supérieurs d'extrusion.
(2) Indentation linéaire discontinue Causes courantes :
a. Généralement, le roulement à rouleaux est endommagé.
b. Sur le rouleau fendu, le composant de rouleau dévie de sa position d'origine en raison de la rupture partielle de la vis du rouleau.
2. Indentation en forme de croissant. Généralement, l'usure de la surface du rouleau et l'irrégularité de la surface de contact provoquent une indentation en forme de croissant sur le tube en acier. Cette indentation apparaît généralement à l'endroit où le rayon du rouleau est le plus grand, car la vitesse linéaire et le frottement y sont maximaux. L'indentation en forme de croissant peut être éliminée par rectification en ligne.
3. Fosses
Cause 1 : Une protubérance sur le rouleau provoque une piqûre dans le tube d’acier. La cause est la même que pour une indentation en forme de croissant.
Cause 2 : Une indentation causée par le rouleau de calibrage. Le traitement thermique à moyenne fréquence appliqué au cordon de soudure entraîne la formation d’une importante couche d’oxyde. Après passage dans le rouleau de calibrage, cette couche adhère à sa surface. Si le jet d’émulsion est mal positionné ou si son débit est insuffisant, la couche n’est pas éliminée. Avec le temps, elle s’accumule et finit par former des piqûres près du cordon de soudure du tube en acier.

Quatrièmement : Étincelles à haute fréquence
Les étincelles à haute fréquence sont très fréquentes en soudage haute fréquence, affectant gravement la qualité du soudage et pouvant entraîner l'arrêt de l'unité de soudage.
Causes fréquentes :
1. En raison des impuretés d'oxyde métallique dans l'émulsion, certains de ces oxydes métalliques peuvent provoquer un contact électrique entre les composants isolés pendant le refroidissement des rouleaux.
2. Bavures sur les bords de la plaque après le refendage. Ces bavures peuvent facilement se chevaucher avant le soudage de l'angle en V, provoquant des étincelles.
3. L'utilisation prolongée des rouleaux FP provoque une usure importante des lames d'étanchéité, créant des rainures à leur base. Le décalage entre les rainures et la zone non usée engendre des bavures sur le bord de la plaque par cisaillement. Ces bavures se chevauchent prématurément avant le soudage du profilé en V, provoquant des étincelles.
4. La saleté accumulée près des bobines d'induction lors d'un fonctionnement prolongé peut facilement provoquer un contact électrique et des étincelles.
5. Une installation incorrecte des composants du dispositif à induction peut entraîner des connexions desserrées ou des dommages aux composants d'isolation en raison d'un fonctionnement à long terme.

De nombreux facteurs influent sur la qualité du formage des tubes en acier soudés, notamment la forme des bords de la bande, les défauts d'alignement, la configuration des bavures internes et externes, l'extrusion de la soudure, la température de soudage, l'impédance, l'eau de refroidissement et les contrôles métallographiques haute fréquence. Seule une compréhension approfondie de tous les facteurs influençant le soudage-formage permet d'évaluer rapidement et précisément l'état de la soudure.