Le soudage entièrement automatisé des canalisations de grand diamètre et à parois épaisses (supérieures à 21 mm) utilise souvent des rainures en U ou des rainures composées. La réalisation de ces rainures étant longue et exigeante en main-d'œuvre, l'efficacité du soudage des canalisations s'en trouve limitée. La réalisation de rainures en V est simple et permet un gain de temps et d'efforts. Cependant, lors du soudage automatisé de rainures en V sur des canalisations de grand diamètre et à parois épaisses, un mauvais choix des paramètres de soudage peut engendrer des défauts.
Avec l'augmentation de la résistance des tubes en acier utilisés dans la construction de pipelines aux niveaux X70 et X80, et l'accroissement du diamètre et de l'épaisseur des parois, la technologie de soudage automatique a progressivement été appliquée à la construction de pipelines depuis 2003. Cette technologie présente un grand potentiel pour la construction de pipelines de grand diamètre et à parois épaisses grâce à ses avantages : efficacité de soudage élevée, faible intensité de main-d'œuvre et processus de soudage moins sensible aux facteurs humains.
Cependant, la technologie de soudage automatique des pipelines dans mon pays est encore en développement, et certains problèmes d'assemblage, tels que les racines et les parois latérales non soudées, ainsi que les rainures complexes, n'ont pas encore été entièrement résolus : les coudes de type 1 sont souvent utilisés pour le soudage automatique des pipelines de grand diamètre et à parois épaisses. Les équipements auxiliaires, tels que les machines à rainurer les tubes ou les composites et les machines à profiler les extrémités des tubes, ne sont pas encore suffisamment matures ; il est donc très pertinent d'étudier la technologie de soudage automatique pour les rainures de tubes de grand diamètre et à parois épaisses.
La longueur totale de la ligne de raccordement Zhongwei-Jingbian du deuxième gazoduc Ouest-Est est d'environ 345 km. La société Qing Construction Engineering Corporation, spécialisée dans la fabrication de tubes en acier de haute résistance, a utilisé une machine de soudage entièrement automatique CRC pour le tronçon 1B de la ligne de raccordement, d'une épaisseur de paroi de 21,0 m.
Méthodes de soudage, équipements, matériaux
La méthode de soudage utilise le procédé STT pour le passage de la racine et une machine à souder automatique CRC-F260 pour le soudage à chaud, le remplissage et le revêtement. Matériel de soudage : machine à souder Lincoln STT, Lincoln DC-400, machine à souder automatique CRC-F260. Gaz de protection : CO₂ pur pour le passage de la racine STT, mélange de 80 % d’argon et 20 % de CO₂ pour le soudage entièrement automatique.
Les rainures composites ou profilées sont couramment utilisées en soudage automatique, et les rainures profilées peuvent également être utilisées dans les pipelines à faible épaisseur de paroi. Leur caractéristique commune est la faible largeur de la rainure. L'épaisseur de paroi du deuxième gazoduc Ouest-Est est de 21,0 mm, et la largeur supérieure de la rainure en Y est d'environ 22 mm. Cette largeur est proche de la limite de rotation du pistolet de soudage CRC-P260. Ce type de rainure représente un défi majeur pour le soudage automatique. Les paramètres du processus de soudage lors de l'essai de soudage automatique ont été déterminés empiriquement.
Les paramètres ci-dessus ont été utilisés pour réaliser des essais de soudage automatique. Lors de ces essais, il a été constaté que les soudures automatiques sont sujettes à des défauts tels que le manque de fusion entre les couches, le manque de fusion des parois latérales, une forte porosité et une hauteur excessive au niveau de la soudure en position verticale.
Lors des essais de soudage, avec un courant de 210 à 235 A, une tension de 21 à 23 V, une vitesse d'alimentation du fil de 420 à 480 pouces/min et une vitesse de soudage de 1215 pouces/min, on a constaté l'absence quasi totale de couches sur les soudures F1, F2 et F3. Aucune fusion n'a été observée entre les soudures, ni dans les rainures, et une forte porosité était présente. L'analyse montre que la faible largeur des rainures des soudures F1, F2 et F3, associée à une protection gazeuse suffisante, empêche la formation de bulles d'azote. Cette faible largeur de rainure limite les mouvements du pistolet de soudage et augmente sa fréquence. À cette vitesse d'alimentation du fil, la fusion entre le métal de base et le métal d'apport est complète, réduisant ainsi le risque de contamination. Le renforcement de la soudure dans la partie supérieure est donc limité. Lors des essais de soudage, avec un courant de 200 à 250 A, une tension de 18 à 22 V, une vitesse d'alimentation du fil de 400 à 500 pouces/min et une vitesse de soudage de 12 à 16 pouces/min, on a constaté, aux points de soudage verticaux F4, F5 et F6, des imprégnations et des rainures entre les couches. Bien que non fusionnées, les soudures ne présentent ni porosité ni renforcement significatif au niveau de la partie supérieure. L'absence de fusion entre les couches et de formation de rainures est observée lorsque le courant de soudage est inférieur à 220 A, la tension de 21 V, la vitesse d'alimentation du fil inférieure à 450 pouces/min, la vitesse de soudage supérieure à 15 pouces/min et la fréquence de balancement du pistolet inférieure à 90 oscillations/min. Pour remédier à ces problèmes, il est recommandé d'augmenter la vitesse d'alimentation du fil, le courant et la tension (en ajustant la longueur du fil de soudage), d'augmenter l'amplitude de balancement du pistolet, d'opter pour une fréquence de balancement plus élevée et de contrôler la vitesse de soudage verticale. Après les inspections F4, F5 et F6, aucune fusion défectueuse entre les couches n'a été constatée. La rainure n'est pas fondue. Avec un courant de 220 à 250 A, une tension de 20 à 22 V, une vitesse d'alimentation du fil de 450 à 500 pouces/min et une vitesse de soudage de 14 à 16 pouces/min, la soudure de recouvrement ne présente aucune fusion défectueuse. Cependant, sa hauteur en position de soudage au plafond dépasse la norme. L'analyse révèle que sa largeur est d'environ 18 à 22 mm, proche de l'amplitude de mouvement maximale du pistolet de soudage CRC-P260. La largeur du cordon de soudure, la grande amplitude de mouvement du pistolet et la fréquence de mouvement élevée entraînent une persistance prolongée du bain de fusion, qui risque d'être exposé lors des déplacements du pistolet. Le bain de fusion a un effet brassant, et le métal déposé en position de soudage en position verticale s'affaissera sous l'action de la gravité, de la force électromagnétique, etc., ce qui entraînera un renforcement de la soudure en position verticale supérieur à la norme.
Pour garantir une bonne formation du revêtement, le soudage du revêtement doit être effectué à une vitesse réduite et avec une fréquence de balancement du pistolet de soudage minimale afin d'obtenir un revêtement fin et large, réduisant ainsi le temps de contact avec le bain de fusion et contribuant à l'élévation du poste de Yu Gao. Sur la base des résultats et de l'analyse des essais de soudage, les paramètres du procédé de soudage de la racine STT + remplissage et coiffage entièrement automatisés CRC de la ligne de raccordement du deuxième gazoduc Ouest-Est ont été déterminés. Le soudage a été réalisé conformément aux paramètres du tableau 3. L'inspection de la soudure n'a révélé aucun défaut tel que porosités, fissures ou manques de fusion. La surface de la soudure est en bon état et la métallographie macroscopique est satisfaisante. Les propriétés mécaniques des soudures ont été testées par le Centre de technologie du soudage de l'Institut de recherche sur les pipelines de pétrole et de gaz naturel de Chine, et tous les indicateurs répondent aux exigences de construction pour le raccordement de la ligne du deuxième gazoduc Ouest-Est. L'application réussie du soudage de racine STT + soudage automatique CRC-P260 sur des tuyaux de grand diamètre à parois épaisses (rainure en V) reflète pleinement les caractéristiques de haute qualité, d'efficacité et de faible intensité de main-d'œuvre de la technologie de soudage automatique.
Les paramètres ci-dessus ont été utilisés pour les essais de soudage automatique. Lors de ces essais, il a été constaté que les soudures automatiques sont sujettes à des défauts tels que le manque de fusion entre les couches, le manque de fusion des parois latérales, une forte porosité et une hauteur excessive au niveau de la soudure en position verticale.
Lors des essais de soudage, avec un courant de 210 à 235 A, une tension de 21 à 23 V, une vitesse d'alimentation du fil de 420 à 480 pouces/min et une vitesse de soudage de 12 215 pouces/min, on a constaté une absence quasi totale de soudure sur les points F1, F2 et F3. Aucune fusion n'a été observée entre les couches, ni dans les rainures ou les porosités. L'analyse montre que la faible largeur des rainures des points F1, F2 et F3 et la protection gazeuse suffisante empêchent la formation de bulles d'azote. Cette faible largeur de rainure limite les mouvements du pistolet de soudage et augmente sa fréquence. À une vitesse d'alimentation du fil donnée, la fusion entre le matériau de base et le métal d'apport est complète, réduisant ainsi le risque de contamination. Le renforcement de la soudure dans la partie supérieure est donc limité. Lorsque le courant est de 200 à 250 A, la tension de 18 à 22 V, la vitesse d'alimentation du fil de 400 à 500 pouces/min et la vitesse de soudage de 12 à 16 pouces/min, lors des essais de soudage, il a été constaté que les points de soudage verticaux F4, F5 et F6 présentaient une imprégnation intercouche et que la rainure n'était pas fondue, mais qu'aucune porosité n'était présente.
Date de publication : 18 janvier 2024