Les principales méthodes de traitement detuyaux en acier de grand diamètreLes procédés de fabrication de l'acier comprennent : le forgeage : une méthode de transformation sous pression qui utilise la force d'impact alternative d'un marteau de forgeage ou la pression d'une presse pour donner à l'ébauche la forme et les dimensions souhaitées. L'extrusion : une méthode de transformation de l'acier consiste à placer le métal dans une filière fermée et à appliquer une pression à une extrémité pour l'extruder à travers un orifice prédéfini, afin d'obtenir un produit fini de forme et de dimensions identiques. Ce procédé est principalement utilisé pour la production d'aciers non ferreux. Le laminage : une méthode de transformation sous pression dans laquelle la billette d'acier passe entre deux cylindres rotatifs (de formes diverses). La section du matériau est réduite et sa longueur augmentée par compression. L'étirage : une méthode de transformation dans laquelle l'ébauche laminée (carton, tube, produit, etc.) est étirée à travers une filière pour réduire sa section et augmenter sa longueur. Ce procédé est principalement utilisé pour le travail à froid. Les tubes en acier de grand diamètre sont principalement fabriqués par réduction de section et laminage continu d'une tôle creuse sans mandrin. Les documents de normalisation relatifs à la production de tubes en acier de grand diamètre indiquent des tolérances admissibles lors de leur fabrication : Tolérance de longueur : la tolérance de longueur des barres d’acier livrées à la longueur spécifiée ne doit pas excéder ±50 mm. Cintrage et extrémités : la déformation par cintrage des barres d’acier droites ne doit pas affecter leur utilisation normale, et le degré de cintrage total ne doit pas dépasser 40 % de la longueur totale de la barre ; les extrémités des barres doivent être coupées droites, et toute déformation locale ne doit pas en affecter l’utilisation. Longueur : les barres d’acier sont généralement livrées à une longueur fixe, et cette longueur spécifique doit être précisée dans le contrat ; lorsque les barres sont livrées en bobines, chaque bobine doit contenir une barre, et 5 % des bobines d’un même lot peuvent contenir deux barres. Le poids et le diamètre des barres sont négociés et stipulés entre le fournisseur et le client.
Description de la longueur des tubes en acier de grand diamètre :
1. Longueur nominale (ou longueur non fixe) : Toute longueur comprise dans la plage spécifiée par la norme et sans exigence de longueur fixe est appelée longueur nominale. Par exemple, la norme relative aux tubes de structure stipule des tubes en acier laminés à chaud (extrusion, expansion) de 3 000 mm à 12 000 mm et des tubes en acier étirés à froid (laminés) de 2 000 mm à 10 500 mm.
2. Longueur à longueur : La longueur à longueur doit se situer dans la plage de longueurs normales, c’est-à-dire une dimension de longueur fixe exigée par le contrat. Cependant, il est impossible de réaliser des découpes à longueur précise en pratique ; la norme stipule donc la valeur de tolérance positive admissible pour la longueur de découpe.
3. Longueur des doubles graduations : La longueur des doubles graduations doit se situer dans la plage de longueurs habituelles. La longueur de chaque graduation et le multiple de la longueur totale doivent être spécifiés dans le contrat (par exemple, 3 000 mm × 3, soit un multiple de 3 000 mm, pour une longueur totale de 9 000 mm). En pratique, une tolérance positive de 20 mm doit être ajoutée à la longueur totale, ainsi qu'une marge de coupe pour chaque graduation. Si la norme ne spécifie pas la tolérance de longueur ni la marge de coupe, ces points doivent être négociés entre le fournisseur et l'acheteur et stipulés dans le contrat. L'utilisation de doubles graduations, comme pour les graduations fixes, réduit considérablement le rendement de l'entreprise de production. Par conséquent, une augmentation de prix est justifiée et doit être identique à celle appliquée pour les graduations fixes.
4. Longueur de la plage : La longueur de la plage se situe dans la plage de longueurs habituelle. Si l’utilisateur exige une longueur de plage fixe, celle-ci doit être spécifiée dans le contrat.
Propriétés mécaniques des tubes en acier de grand diamètre :
1. Résistance à la traction : la contrainte (σ) obtenue par la section transversale initiale (So) de l’échantillon sous l’effet de la force (Fb) qu’il subit lors de sa rupture par étirement est appelée résistance à la traction (σb), son unité est le N/mm² (MPa). Elle représente la capacité maximale des matériaux métalliques à résister aux dommages sous tension.
2. Limite d'élasticité : Pour les matériaux métalliques présentant une limite d'élasticité, la contrainte à partir de laquelle l'échantillon continue de s'allonger sans augmentation de la force (maintien de la contrainte constante) lors de l'étirement est appelée limite d'élasticité. Si la force diminue, on distingue une limite d'élasticité supérieure et une limite d'élasticité inférieure. L'unité de la limite d'élasticité est le N/mm² (MPa).
3. Allongement après rupture : Lors d’un essai de traction, l’allongement correspond au pourcentage d’augmentation de la longueur de référence après rupture de l’éprouvette par rapport à sa longueur de référence initiale. Il est exprimé en σ (%). Les principaux paramètres du procédé de soudage à haute fréquence de tubes à joint droit comprennent l’apport de chaleur, la pression, la vitesse de soudage, l’angle d’ouverture, la position et les dimensions de la bobine d’induction, ainsi que la position de l’impédance. Ces paramètres influent fortement sur la qualité des tubes soudés à haute fréquence, l’efficacité de la production et la capacité unitaire. Un réglage optimal 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 en continu, 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 figé. Cette structure compacte forme une soudure froide, voire une soudure non fondue. Ce défaut de fusion, dû à un apport de chaleur insuffisant, se manifeste généralement par un échec au 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 en contact avec la zone de soudage du rouleau d'extrusion, entraînant une perte de puissance et une diminution de l'apport de chaleur, et donc des soudures froides ou non fondues. 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 dus à la rupture de la soudure. Ces défauts, tels que les piqûres et les trous formés par un apport de chaleur excessif, se manifestent principalement par des essais d'aplatissement à 90° et des essais de résilience non concluants, ainsi que par des ruptures ou des fuites de tubes en acier lors des essais hydrauliques.
2. Pression de soudage (réduction du 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 l'extrusion, ainsi que de la taille et de la forme des bavures. Effet 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 largeur de la zone de fusion, qui varie en fonction de la chaleur apportée. De plus, les bavures internes formées 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 divers 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 en V de soudage, correspond à l'angle formé par le bord de la bande avant le rouleau d'extrusion (voir figure 6). Généralement compris entre 3° et 6°, cet angle est principalement déterminé par la position du rouleau de guidage et l'épaisseur de la tôle de guidage. L'angle en V influe fortement sur la stabilité et la qualité du soudage. En réduisant l'angle en V, on diminue la distance au bord de la bande, 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 provoque 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 soudure à froid, et nuit à la qualité du cordon. 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 outil essentiel du soudage par induction haute fréquence. Ses dimensions et sa position influent directement sur le rendement de production. 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 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 général, une largeur de 1 à 1,5D (D étant le diamètre extérieur du tube) est optimale. La distance entre l'extrémité avant de la bobine et le centre du galet d'extrusion est égale ou légèrement supérieure au diamètre du tube, soit 1 à 1,2D. Si la distance est trop grande, l'effet de proximité de l'angle d'ouverture sera réduit, ce qui entraînera une distance de chauffage des bords trop longue, de sorte que le joint de soudure ne pourra pas atteindre une température de soudage plus élevée ; durée de vie.
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 : 27 mars 2023