Les principaux paramètres de processus detuyau soudé à joint droit haute fréquenceLes 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. Lorsque les conditions extérieures sont constantes et que cet apport est insuffisant, le bord de la bande chauffée n'atteint pas la température de soudage et conserve une structure solide, formant ainsi une soudure froide incapable de fusionner. Ce défaut de fusion est dû à un apport de chaleur trop faible. Il 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, l'apport de chaleur est également influencé par la qualité du bord de la bande. 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 apport de chaleur insuffisant, 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 s'assemblent pour former une soudure sous l'effet de la force d'extrusion du rouleau extrudeur. L'intensité de cette pression 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 être éliminés, formant des inclusions. Ceci réduit considérablement la résistance à la traction de la soudure, qui devient alors plus fragile et sujette à la fissuration sous contrainte. À l'inverse, si la pression appliquée est trop élevée, la majeure partie du métal ayant atteint la température de soudage est extrudée, ce qui non seulement diminue 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 comparant le diamètre du tube d'acier avant et après le passage dans le rouleau extrudeur, ainsi qu'en observant la taille et la forme des bavures. L'influence de la force d'extrusion sur la forme des bavures est donc importante. 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 vitesses de soudage
La vitesse de soudage est un paramètre essentiel du procédé, lié au système de chauffage, à la vitesse de déformation du cordon de 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 périphérique et le temps de 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 et une augmentation de la taille des bavures internes. La largeur du cordon de fusion varie selon la vitesse de soudage. À basse vitesse, la réduction de l'apport de chaleur engendre des difficultés de soudage. De plus, 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 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 angles d'ouverture
L'angle d'ouverture, également appelé angle de soudage en V, 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 feuille 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 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, dégradant ainsi la qualité du soudage. Bien que l'augmentation de l'angle d'ouverture en V entraîne une augmentation de la consommation d'énergie, elle permet, dans certaines conditions, d'assurer la stabilité du chauffage du bord 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 V est généralement contrôlé à 4°~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 la 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 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 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 et le centre du galet d'extrusion est égale ou légèrement supérieure au diamètre du tube, soit entre 1 et 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. Rôle et emplacement de la résistance
Une barre magnétique Emperor est utilisée pour 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 système de refroidissement, la barre 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, placée dans l'ébauche du tube, n'a aucun effet thermique. 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. En revanche, si elle dépasse cet axe et s'étend sur le côté de la machine de calibrage, l'aplatissement est nettement moins efficace. Lorsque l'impédance est située en dessous de l'axe central et du côté du galet de guidage, la résistance de la soudure est réduite. La position optimale consiste à placer l'impédance dans l'ébauche du tube, sous l'inducteur, 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 du tube, de réduire les pertes par courant de circulation et, par conséquent, la puissance de soudage.
7 Conclusion
(1) Un contrôle raisonnable de l'apport de chaleur de soudage peut permettre d'obtenir une meilleure qualité de soudure.
(2) Il est généralement approprié de contrôler la quantité d'extrusion à 2,5~3 mm. Les bavures extrudées sont verticales et la soudure peut obtenir une ténacité et une résistance à la traction élevées.
(3) Contrôler l'angle de soudage en V à 4°~5° et produire une vitesse de soudage aussi élevée que possible dans les conditions permises par la capacité de l'unité et l'équipement de soudage, ce qui peut réduire l'apparition de certains défauts et obtenir une bonne qualité de soudage.
(4) La largeur de la bobine d'induction est de 1 à 1,5D du diamètre extérieur du tube en acier, et la distance du centre du rouleau d'extrusion est de 1 à 1,2D, ce qui peut améliorer efficacement l'efficacité de la production.
(5) Assurez-vous que l'extrémité avant de la résistance se trouve exactement sur la ligne centrale du rouleau de compression afin d'obtenir une résistance à la traction de soudure élevée et un bon effet d'aplatissement.
Date de publication : 27 décembre 2022