Optimisation et économie du soudage orbital dans la construction de pipelines

Bien que la technologie du soudage orbital ne soit pas nouvelle, elle continue d’évoluer, devenant plus puissante et plus polyvalente, notamment pour le soudage de tuyaux. Une interview avec Tom Hammer, soudeur expérimenté chez Axenics à Middleton, Massachusetts, révèle les nombreuses façons dont cette technique peut être utilisée pour résoudre des problèmes de soudage complexes. Image gracieuseté d’Axenics
Le soudage orbital existe depuis environ 60 ans, ajoutant l'automatisation au processus GMAW. Il s'agit d'une méthode fiable et pratique pour réaliser plusieurs soudures, même si certains équipementiers et fabricants n'ont pas encore exploité les capacités des soudeuses orbitales, s'appuyant sur le soudage manuel ou d'autres stratégies d'assemblage de tuyaux métalliques.
Les principes du soudage orbital existent depuis des décennies, mais les capacités des nouvelles soudeuses orbitales en font un outil plus puissant dans la boîte à outils du soudeur, car beaucoup d'entre elles disposent désormais de fonctionnalités « intelligentes » qui facilitent la programmation et la manipulation avant le soudage proprement dit. . ● Commencez par des réglages rapides et précis pour garantir des soudures cohérentes, propres et fiables.
L'équipe de soudage Axenics de Middleton, Massachusetts, un fabricant de composants sous contrat, aide nombre de ses clients à réaliser le soudage orbital s'il existe l'élément approprié pour le travail.
« Dans la mesure du possible, nous voulions éliminer le facteur humain dans le soudage, car les soudeurs orbitaux produisent généralement des soudures de meilleure qualité », explique Tom Hammer, soudeur qualifié chez Axenics.
Bien que le premier soudage ait été réalisé il y a 2 000 ans, le soudage moderne est un processus extrêmement avancé qui fait partie intégrante d’autres technologies et processus modernes. Par exemple, le soudage orbital peut être utilisé pour créer des systèmes de tuyauterie de haute pureté utilisés pour produire des plaquettes semi-conductrices, qui sont aujourd'hui utilisées dans pratiquement tous les appareils électroniques.
L'un des clients d'Axenics fait partie de cette chaîne d'approvisionnement. L'entreprise recherchait un fabricant sous contrat pour l'aider à étendre sa capacité de fabrication, notamment pour créer et installer des canaux en acier inoxydable propres qui permettent aux gaz de circuler à travers le processus de fabrication des plaques.
Bien que des soudeuses orbitales et des platines tournantes à pince pour chalumeau soient disponibles pour la plupart des travaux de tuyauterie chez Axenics, elles n'empêchent pas le soudage manuel de temps en temps.
Hammer et l'équipe de soudage ont examiné les exigences du client et posé des questions sur les coûts et les délais :
Hammer utilise des soudeuses orbitales fermées rotatives Swagelok M200 et Arc Machines modèle 207A. Ils peuvent contenir des tubes de 1/16″ à 4″.
« Les micro-têtes nous permettent d'accéder à des endroits très difficiles d'accès », a-t-il déclaré. « L'une des limites du soudage orbital est de savoir si nous disposons ou non de la bonne tête pour un joint particulier. Mais aujourd’hui, vous pouvez également enrouler la chaîne autour du tuyau que vous soudez. Les soudeurs peuvent parcourir la chaîne et il n'y a pratiquement aucune limite à la taille des soudures que vous pouvez réaliser. J'ai vu plusieurs machines souder des tuyaux de 20″. Ce que ces machines peuvent faire aujourd’hui est impressionnant.
Compte tenu des exigences de propreté, du nombre de soudures nécessaires et de la faible épaisseur de paroi, le soudage orbital est un choix raisonnable pour ce type de projet. Lorsqu'il travaille avec des canalisations de contrôle du débit d'air, Hammer soude souvent de l'acier inoxydable 316L.
«Ensuite, les choses deviennent très minces. Nous parlons de souder du métal mince. En soudage manuel, le moindre ajustement peut provoquer la rupture de la soudure. C'est pourquoi nous préférons utiliser des têtes de soudage orbitales, où nous pouvons percer chaque section du tube de soudure et le rendre parfait, avant de mettre la pièce en place. Nous réduisons la puissance à une certaine quantité afin de savoir quand nous mettons la pièce en place. ce sera parfait. Manuellement, le changement se fait à l’œil nu, et si on pédale trop, cela peut traverser la matière.
Le travail consiste en des centaines de soudures qui doivent être identiques. La soudeuse orbitale utilisée pour ce travail réalise la soudure en trois minutes ; lorsque le marteau fonctionne à vitesse maximale, il peut souder manuellement le même tuyau en acier inoxydable en une minute environ.
« Cependant, la voiture ne ralentit pas. Vous le faites fonctionner à vitesse maximale dès le matin et à la fin de la journée, il fonctionne toujours à vitesse maximale », a déclaré Hammer. "Je le fais d'abord rouler à vitesse maximale le matin, mais au final, ce n'est pas le cas."
Il est essentiel d'empêcher les contaminants de pénétrer dans les tubes en acier inoxydable. C'est pourquoi le soudage de haute pureté dans l'industrie des semi-conducteurs est souvent effectué dans une salle blanche, dans un environnement contrôlé qui empêche les contaminants de pénétrer dans la zone de soudure.
Hammer utilise le même tungstène pré-affûté dans ses lampes de poche que l'Orbiter. Alors que l'argon pur assure une purge externe et interne pour le soudage manuel et orbital, le soudage orbital bénéficie également d'être effectué dans un espace confiné. Lorsque le tungstène est libéré, la gaine se remplit de gaz et protège la soudure de l'oxydation. Lors de l'utilisation d'un chalumeau manuel, le gaz n'est fourni que sur un seul côté du tuyau à souder.
Les soudures orbitales sont généralement plus propres car le gaz recouvre le tuyau plus longtemps. Une fois le soudage commencé, l'argon assure une protection jusqu'à ce que le soudeur soit convaincu que la soudure est suffisamment froide.
Axenics travaille avec un certain nombre de clients d'énergie alternative qui fabriquent des piles à combustible à hydrogène pour une variété de véhicules. Par exemple, certains chariots élévateurs intérieurs utilisent des piles à combustible à hydrogène pour empêcher les sous-produits chimiques de détruire les réserves alimentaires. Le seul sous-produit d’une pile à combustible à hydrogène est l’eau.
L'un des clients avait les mêmes exigences qu'un fabricant de semi-conducteurs, comme la propreté et l'uniformité des soudures. Il souhaite utiliser de l'acier inoxydable 321 pour le soudage de parois fines. Cependant, le travail impliquait la construction d'un prototype de collecteur doté de plusieurs rangées de vannes, chacune faisant saillie dans une direction différente, laissant peu de place au soudage.
Une soudeuse orbitale adaptée à ce travail coûtera environ 2 000 $ et sera utilisée pour fabriquer un petit nombre de pièces, pour un coût estimé à 250 $. Cela n'a pas de sens sur le plan financier. Cependant, Hammer propose une solution combinant le soudage manuel et orbital.
"Dans ce cas, j'utiliserais une platine vinyle", explique Hammer. « C'est en fait la même chose que le soudage orbital, mais vous faites tourner le tube, et non l'électrode de tungstène, autour du tube. J'utilise ma torche manuelle, mais je peux la serrer dans un étau dans la bonne position pour garder mes mains… libres, afin que les mains humaines ne puissent pas endommager la soudure en raison de secousses ou de secousses. Cela élimine la majeure partie du facteur d’erreur humaine. Ce n'est pas aussi idéal que le soudage orbital, car ce n'est pas à l'intérieur, mais ce type de soudage peut être effectué dans une salle blanche pour éliminer les contaminants.
Alors que la technologie de soudage orbital garantit la propreté et la répétabilité, Hammer et ses collègues soudeurs savent que l'intégrité des soudures est essentielle pour éviter les temps d'arrêt dus à des défauts de soudage. L'entreprise utilise des tests non destructifs (ND) et parfois des tests destructifs pour toutes les soudures orbitales.
« Chaque soudure que nous réalisons est vérifiée visuellement », explique Hammer. « Ensuite, les soudures sont vérifiées avec un spectromètre à hélium. En fonction du cahier des charges ou des exigences du client, certaines soudures sont vérifiées par radiographie. Des tests destructifs sont également possibles.
Les essais destructifs peuvent inclure des essais de résistance à la traction pour déterminer la résistance à la traction ultime de la soudure. Pour mesurer la contrainte maximale que peut supporter une soudure sur un matériau tel que l'acier inoxydable 316L avant rupture, le test étire et étire le métal jusqu'au point de rupture.
Les soudures des consommateurs d'énergie alternative sont parfois soumises à des tests non destructifs par ultrasons sur les soudures des composants des piles à combustible à hydrogène à triple échangeur de chaleur utilisées dans les machines et les véhicules à énergie alternative.
« Il s'agit d'un test critique car la plupart des composants que nous expédions contiennent des gaz potentiellement dangereux. Il est très important pour nous et nos clients que l'acier inoxydable soit impeccable et ne fuit pas », déclare Hammer.
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