Les principaux paramètres de processus à haute fréquencetuyaux soudés à joint droitLes paramètres de soudage comprennent l'apport de chaleur, la pression, la vitesse, l'angle d'ouverture, la position et les dimensions de la bobine d'induction, ainsi que la position de la résistance. Ils influent fortement sur 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 de tubes à la molette haute fréquence, la puissance de soudage détermine l'apport de chaleur. Si les conditions extérieures sont réunies et que l'apport de chaleur est insuffisant, le bord de la bande chauffée n'atteint pas la température de soudage et reste une structure solide, formant une soudure froide qui ne peut même pas se former. Un apport de chaleur de soudage trop faible peut entraîner des problèmes.
Ce manque de fusion lors du contrôle se manifeste généralement par un échec au test d'aplatissement, une rupture du tube d'acier lors de l'essai hydrostatique ou une fissuration de la soudure lors du redressage du tube, ce qui constitue un défaut grave. De plus, l'apport de chaleur de soudage est également affecté par la qualité du bord de la bande. Par exemple, la présence de bavures sur le bord de la bande provoque des étincelles avant l'entrée du point de soudage dans le rouleau de compression, entraînant une perte de puissance de soudage et une réduction de l'apport de chaleur, ce qui peut provoquer un manque de fusion ou un soudage à froid. Lorsque l'apport de chaleur est trop élevé, le bord de la bande chauffée dépasse la température de soudage, ce qui provoque une surchauffe, voire une brûlure. La soudure risque également de se fissurer sous l'effet des contraintes. Parfois, le métal en fusion projette des éclaboussures et forme des trous en raison de la rupture de la soudure. Des cloques et des trous se forment en cas d'apport de chaleur excessif. Lors du contrôle, ces défauts se manifestent principalement par un échec au test d'aplatissement à 90°, un échec au test de résilience et une rupture ou une fuite du tube d'acier lors de l'essai hydraulique.
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 sous la force d'extrusion du rouleau de compression pour former une soudure. 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 ne peuvent être éliminés, formant des inclusions. Il en résulte une forte diminution de la résistance à la traction de la soudure, qui est alors sujette à la fissuration sous contrainte. Si la pression appliquée est trop élevée, la majeure partie du métal atteignant la température de soudage est extrudée, ce qui non seulement réduit la résistance et la ténacité de la soudure, mais engendre également des défauts tels que des bavures internes et externes excessives ou des recouvrements.
La pression de soudage est généralement mesurée et évaluée en fonction de la réduction de diamètre du tube d'acier avant et après le passage au rouleau d'extrusion, ainsi que de la taille et de la forme des bavures. L'influence de la force d'extrusion sur la forme des bavures est importante. Une extrusion excessive entraîne d'importantes projections et une grande quantité de métal en fusion extrudé, formant de grosses bavures qui débordent de part et d'autre de la soudure. À l'inverse, une extrusion insuffisante réduit considérablement les projections, les bavures étant 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 (haut-bas-gauche-droite) de la soudure, compris entre 55° et 65°. La forme de la soudure est ainsi optimisée.
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. En effet, la réduction du temps de chauffage diminue la largeur de la zone de chauffe périphérique et accélère la formation des oxydes métalliques. À l'inverse, une vitesse de soudage réduite entraîne un élargissement de la zone de chauffe (et donc de la zone affectée thermiquement), une modification de la largeur de la zone de fusion (également liée à la chaleur apportée) et une augmentation de la bavure interne. La largeur de la ligne de fusion varie en fonction de la vitesse de soudage. En soudage à basse vitesse, la réduction de la chaleur apportée rend le soudage plus difficile. De plus, la qualité du bord de la pièce et d'autres facteurs externes, tels que le magnétisme de la résistance ou l'angle d'ouverture, peuvent engendrer divers défauts. Par conséquent, lors du soudage à haute fréquence, la vitesse de soudage la plus rapide possible doit être sélectionnée pour la production en fonction des spécifications du produit, dans les limites permises par la capacité de l'unité et 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 devant le rouleau d'extrusion (voir figure 6). Cet angle varie généralement entre 3° et 6° et dépend principalement de la position du rouleau de guidage et de 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 entre les bords 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 peut entraîner un soudage prématuré : le point de soudure sera comprimé et fusionné avant d'avoir atteint la température requise, ce qui favorise la formation de défauts tels que des inclusions et des soudures à froid, et nuit à la qualité de la soudure. Bien qu'un angle en V plus important augmente la consommation d'énergie, il permet, dans certaines conditions, d'assurer 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 garantir la qualité de la soudure, l'angle en V est généralement contrôlé entre 4° et 5°.
5. Dimension et position de la bobine d'induction : La bobine d'induction est un élément essentiel du soudage par induction haute fréquence. Sa dimension et sa position influent directement sur l'efficacité de la production.
La puissance transmise par la bobine d'induction au tube d'acier est proportionnelle au carré de l'entrefer. Un entrefer trop important réduit considérablement le rendement de production, tandis qu'un entrefer trop faible risque d'entraîner un incendie ou d'endommager le tube. Généralement, la surface interne de la bobine est en contact avec le corps du tube. L'entrefer est d'environ 10 mm. La largeur de la bobine est choisie 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 aussi les pertes par effet Joule. En général, 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 de compression est égale ou légèrement supérieure au diamètre du tube ; une valeur comprise entre 1 et 1,2D est donc plus appropriée. Si cette distance est trop importante, l'effet de proximité de l'angle d'ouverture est réduit, ce qui allonge la zone de chauffe et empêche d'atteindre une température de soudage suffisamment élevée au niveau du joint brasé. À l'inverse, si cette distance est trop faible, le rouleau d'extrusion génère une chaleur induite excessive, ce qui réduit sa durée de vie.
6. Fonction et emplacement de la résistance : L'aimant résistif sert à réduire le courant haute fréquence 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. Un refroidissement insuffisant entraînerait la surchauffe de l'aimant, qui dépasserait sa température de Curie (environ 300 °C). 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 montre que si l'extrémité avant de la résistance est alignée avec l'axe du rouleau de compression, le tube est bien aplati. En revanche, si elle est placée au-delà de cet axe, vers le côté de la machine de calibrage, l'aplatissement est nettement moins efficace. Lorsque la résistance est située en dessous de l'axe central, mais d'un seul côté du galet de guidage, la force de soudage est réduite. La position optimale consiste à placer la résistance dans l'ébauche du tube, sous l'inductance, de sorte que son extrémité coïncide avec l'axe central du galet d'extrusion ou soit décalée de 20 à 40 mm dans le sens de formage. Ceci permet d'augmenter l'impédance inverse dans le tube, de réduire les pertes par courant de circulation et, par conséquent, la puissance de soudage.
Date de publication : 7 octobre 2023