Tuyau en acier soudé à l'arc submergéLe tube en acier à joint droit soudé à l'arc submergé double face est un produit clé de la tuyauterie industrielle moderne. Ses procédés de fabrication variés et ses nombreuses applications témoignent de l'intégration poussée des sciences des matériaux et des techniques de soudage. Grâce à ses propriétés structurelles uniques et aux avantages de sa mise en œuvre, ce tube occupe une place irremplaçable dans des applications telles que les pipelines longue distance et les structures porteuses de bâtiments. Son procédé de fabrication associe soudage automatisé et formage de précision. Le soudage à l'arc submergé double face garantit une résistance et une étanchéité élevées des soudures, ce qui en fait un matériau essentiel pour assurer la sécurité du transport d'énergie.
Premièrement, une analyse du procédé de base de fabrication des tubes en acier à joint droit soudés à l'arc submergé double face
La fabrication de tubes en acier à joint droit soudés à l'arc submergé double face commence par l'usinage de précision de tôles d'acier laminées à chaud de haute qualité. La tôle est d'abord usinée à la largeur souhaitée à l'aide d'une fraiseuse, puis formée par plusieurs étapes de pressage progressif sur une presse JCOE afin d'obtenir un lingot de tube à extrémité ouverte. L'étape de soudage à cœur utilise le soudage à l'arc submergé double face : une première passe de soudure est réalisée sur la paroi intérieure du lingot, suivie du soudage à l'arc submergé de la paroi extérieure pour compléter la soudure principale, et enfin, une soudure de réparation est effectuée sur la paroi intérieure. Cette méthode de soudage par couches successives permet d'obtenir une pénétration de soudure supérieure à 70 % de l'épaisseur de la tôle, améliorant considérablement la résistance de l'assemblage. Pendant le soudage, l'arc, recouvert d'une couche de flux, fait fondre le métal à une température élevée de 1 600 °C. La couche de laitier ainsi formée isole efficacement l'air, évitant les défauts tels que la porosité et les inclusions de laitier. Comparativement aux tubes soudés classiques à joint longitudinal, le procédé de soudage à l'arc submergé double face produit une structure de ferrite aciculaire fine dans la zone de soudure, ce qui confère une résilience supérieure de plus de 30 % à celle des soudures conventionnelles. Des contrôles ultrasoniques en ligne et une inspection par rayons X garantissent que la qualité interne de la soudure est conforme aux normes internationales telles que API 5L et GB/T 9711. Les produits typiques, comme les tubes en acier de nuance X80, présentent une limite d'élasticité allant jusqu'à 555 MPa et peuvent supporter des pressions de transmission supérieures à 15 MPa. Ils sont largement utilisés dans les projets de gazoducs nationaux, tels que le gazoduc Ouest-Est.
Deuxièmement, une comparaison des avantages techniques et économiques des tubes en acier à joint droit soudés à l'arc submergé double face et des tubes à joint spiralé. Si les tubes en acier à joint spiralé soudés à l'arc submergé double face (tels que la nuance L485M de la norme GB/T 9711) offrent des avantages en matière de production en continu et de grands diamètres, les tubes à joint droit soudé excellent en termes de stabilité sous pression et de précision dimensionnelle. En raison de la distribution hélicoïdale des cordons de soudure dans les tubes à joint spiralé, la décomposition des contraintes circonférentielles peut engendrer des points faibles sous haute pression. En revanche, le cordon de soudure longitudinal des tubes à joint droit est soumis à une contrainte alignée sur la contrainte principale, ce qui se traduit par une pression d'éclatement généralement supérieure de 10 à 15 %. Des essais comparatifs menés sur un projet d'oléoduc ont révélé que la durée de vie en fatigue des tubes à joint droit soudé de même spécification atteignait 2 millions de cycles, soit environ 1,5 fois plus que celle des tubes à joint spiralé. En termes de coûts de production, les tubes à joint droit d'un diamètre inférieur à 1 420 mm permettent d'atteindre un taux d'utilisation des matériaux de 96 %, tandis que les tubes spiralés subissent une perte de matière d'environ 5 % en raison des limitations de largeur des tôles. Cependant, pour les très grands diamètres (par exemple, supérieurs à 3 000 mm), les tubes soudés en spirale éliminent le besoin de tôles d'acier extra-larges sur mesure, et leurs avantages économiques deviennent alors manifestes. Notamment, les tubes à joint droit sont plus faciles à automatiser pour l'expansion. L'expansion mécanique permet de maintenir l'écart de circularité à moins de 0,5 % du diamètre, un facteur clé pour garantir un assemblage précis des tubes.
Troisièmement, procédés innovants et applications spéciales pour les tubes en acier à joint droit soudés à l'arc submergé double face
Ces dernières années, la technologie des tubes soudés à l'arc submergé à joint droit a connu des avancées majeures. Dans le cadre du projet de pipeline sous-marin de la mer de Chine méridionale, des tubes à joint droit en acier X65, dotés d'un revêtement anticorrosion double couche FBE+PP, ont été utilisés. L'ajout de 0,06 % de niobium comme microalliage a permis d'atteindre une énergie d'impact à basse température (-40 °C) supérieure à 220 J. Pour la construction de pipelines polaires, des tubes en acier X100, produits grâce au procédé de contrôle thermomécanique (TMCP), ont permis de réduire l'épaisseur de paroi de 15 % tout en conservant une excellente résistance à la fissuration. Les tubes destinés à des applications spécifiques, comme les centrales nucléaires, doivent respecter les spécifications de performance selon l'axe Z de la norme RCC-M. Les tubes à joint droit utilisés dans l'enceinte de confinement d'une centrale nucléaire sont fabriqués à partir de tôles d'acier à faible teneur en soufre et en phosphore (S ≤ 0,002 %) spécialement préparées. Associé à un procédé de soudage multipasse à faible écartement, ce procédé permet une réduction d'épaisseur de section supérieure à 75 %. Dans le secteur du transport de boues de charbon, les tuyaux composites à joint droit revêtus d'une couche de céramique de 6 mm d'épaisseur offrent une résistance à l'usure huit fois supérieure à celle des tuyaux en acier ordinaires.
Quatrièmement, Tendances et défis du développement industriel des tubes en acier à joint droit soudés à l'arc submergé double face
Avec les progrès de la fabrication intelligente, les principales entreprises nationales ont numérisé l'intégralité du processus de production des tubes soudés à joint droit. Une usine a mis en place un système MES permettant la surveillance en temps réel de plus de 200 paramètres, dont le courant de soudage (fluctuation contrôlée à ±15 A) et l'énergie de la ligne (18-22 kJ/cm), ce qui a permis d'atteindre un taux de conformité des produits de 99,92 %. Cependant, l'acier haut de gamme pour pipelines reste tributaire des importations pour ses matières premières. Par exemple, 80 % des tôles d'acier de nuance X90/X100 doivent provenir de sociétés comme Nippon Steel. Les exigences environnementales stimulent également l'innovation technologique. L'utilisation d'une nouvelle génération de flux à faible émission de fumée a permis de réduire les concentrations de poussières dans les ateliers de soudage de 15 mg/m³ à 3 mg/m³. Face à la demande croissante de construction de pipelines d'hydrogène, la recherche et le développement de tubes soudés à joint droit résistants à la fragilisation par l'hydrogène deviendront une priorité absolue. Actuellement, des produits en acier L415H de fabrication nationale, présentant un indice de sensibilité à la fissuration induite par l'hydrogène (FIH) ≤ 2 %, ont fait l'objet d'essais. Toutefois, pour les pipelines sous-marins de plus de 1 500 mètres, le contrôle des contraintes résiduelles de soudage dans les tubes à paroi épaisse et à joint droit (≥ 40 mm) demeure un défi.
Des terres aux mers, des énergies conventionnelles aux énergies nouvelles, les canalisations en acier à joint droit soudées à l'arc submergé double face continuent de démontrer leur rôle essentiel au sein de l'industrie. Leur évolution technologique témoigne de la transformation du secteur manufacturier chinois, passant d'une croissance à grande échelle à une amélioration de la qualité, et annonce les possibilités infinies offertes par l'intégration de nouveaux matériaux et procédés. Dans un contexte de neutralité carbone, ces canalisations à haute résistance et longue durée de vie joueront sans aucun doute un rôle encore plus crucial dans la reconstruction des infrastructures énergétiques mondiales.
Date de publication : 10 septembre 2025