Quelles sont les méthodes de soudage et les précautions pour les tuyaux en acier inoxydable

Premièrement, le soudage des tuyaux en acier inoxydable

(1) Soudage à l'arc sous argon

Les tuyaux en acier inoxydable nécessitent une pénétration profonde, aucune inclusion d’oxyde et une zone affectée thermiquement minimale. Le soudage à l'arc sous argon avec protection contre les gaz inertes au tungstène présente une bonne adaptabilité, une qualité de soudage élevée et de bonnes performances de pénétration. Ses produits sont largement utilisés dans les industries chimique, nucléaire et alimentaire. La faible vitesse de soudage est un inconvénient du soudage à l’arc sous argon. Pour améliorer la vitesse de soudage, diverses méthodes ont été développées à l'étranger. Parmi eux, la méthode de soudage utilisant plusieurs électrodes et plusieurs torches a évolué d'une seule électrode et d'une seule torche à une méthode multi-électrodes et multi-torches utilisée en production. Dans les années 1970, l'Allemagne a adopté pour la première fois une méthode consistant à disposer plusieurs torches en ligne droite dans la direction du soudage pour former une longue répartition du flux de chaleur, améliorant ainsi considérablement la vitesse de soudage. Généralement, le soudage à l'arc sous argon à l'aide d'une torche à trois électrodes est utilisé pour les tuyaux en acier d'une épaisseur de paroi S≥2 mm. La vitesse de soudage est 3 à 4 fois supérieure à celle d'une seule torche et la qualité du soudage est également améliorée. Le soudage à l'arc sous argon combiné au soudage au plasma permet de souder des tuyaux en acier aux parois plus épaisses. De plus, l'ajout de 5 à 10 % d'hydrogène au gaz argon et l'utilisation d'une source d'énergie de soudage par impulsion à haute fréquence peuvent également augmenter la vitesse de soudage. Le soudage à l'arc sous argon avec plusieurs torches convient au soudage de tuyaux en acier inoxydable austénitique et ferritique.

(2) Soudage haute fréquence

Le soudage à haute fréquence est utilisé dans la production de tubes soudés en acier au carbone depuis plus de 40 ans, mais son application aux tubes en acier inoxydable est relativement nouvelle. Son efficacité économique rend ses produits plus largement utilisés dans la décoration des bâtiments, les appareils électroménagers et les structures mécaniques. Le soudage à haute fréquence consomme moins d'énergie et peut atteindre des vitesses de soudage plus élevées pour des tubes en acier de différents matériaux, diamètres extérieurs et épaisseurs de paroi. Par rapport au soudage à l’arc sous argon, sa vitesse de soudage maximale est plus de 10 fois supérieure. Par conséquent, sa productivité est plus élevée dans la production de tuyaux en acier inoxydable à usage général. En raison de la vitesse de soudage élevée, il est difficile d’éliminer les bavures du tube en acier soudé. Actuellement, les tubes en acier inoxydable soudés à haute fréquence ne sont pas encore acceptés par les industries chimiques et nucléaires, ce qui en est une des raisons. Du point de vue des matériaux de soudage, le soudage à haute fréquence peut souder différents types de tuyaux en acier inoxydable austénitique. Parallèlement, le développement de nouvelles nuances d'acier et les progrès des méthodes de formage et de soudage ont également conduit au soudage réussi de nuances d'acier inoxydable ferritique telles que l'AISI409.

(3) Technologie de soudage combinée

Différentes méthodes de soudage des tuyaux en acier inoxydable présentent leurs propres avantages et inconvénients. Comment exploiter les points forts et atténuer les faiblesses, et combiner plusieurs méthodes de soudage pour former de nouveaux processus de soudage qui répondent aux exigences des gens en matière de qualité et d'efficacité de production des tubes soudés en acier inoxydable, est une nouvelle tendance dans le développement de la technologie des tubes soudés en acier inoxydable. Les méthodes de soudage combinées comprennent : le soudage à l'arc sous argon et le soudage au plasma, le soudage à haute fréquence et le soudage au plasma, le préchauffage à haute fréquence et le soudage à l'arc sous argon à trois torches, et le préchauffage à haute fréquence plus le soudage à l'arc au plasma et à l'argon. Le soudage combiné améliore considérablement la vitesse de soudage. Pour les tubes en acier soudés combinés utilisant un préchauffage à haute fréquence, la qualité de soudure est comparable à celle du soudage à l'arc sous argon et du soudage au plasma conventionnels. L'opération de soudage est simple, l'ensemble du système de soudage est facilement automatisé et cette combinaison est facile à intégrer aux équipements de soudage haute fréquence existants, ce qui entraîne de faibles coûts d'investissement et de bons avantages.

Deuxièmement, le traitement thermique des tuyaux en acier inoxydable

Au niveau international, les fours de traitement thermique continu avec gaz protecteurs sont couramment utilisés pour le traitement thermique des tuyaux en acier inoxydable. Ces fours sont utilisés pour le traitement thermique intermédiaire pendant la production et pour le traitement thermique du produit fini final. Parce qu’ils produisent une surface brillante et non oxydante, le processus de décapage traditionnel est éliminé. Ce processus de traitement thermique améliore la qualité des tubes en acier et élimine la pollution environnementale causée par le décapage.

Selon les tendances mondiales actuelles, les fours de traitement thermique continu brillants sont essentiellement divisés en trois types :

(1) Four de traitement thermique brillant à foyer à rouleaux

Ce type de four convient au traitement thermique de tubes en acier à grande échelle et à grand volume, avec une production horaire supérieure à 1,0 tonne. De l'hydrogène de haute pureté, de l'ammoniac décomposé et d'autres gaz protecteurs peuvent être utilisés. Un système de refroidissement par convection peut être installé pour refroidir rapidement les tuyaux en acier.

(2) Four de traitement thermique brillant à bande maillée

Ce type de four convient aux tubes en acier de précision de petit diamètre et à parois minces, avec un rendement horaire d'environ 0,3 à 1,0 tonne. Elle peut traiter des tubes en acier jusqu'à 40 mètres de longueur et peut également traiter des tubes capillaires enroulés. (3) Four de traitement thermique brillant de type moufle : les tuyaux en acier sont montés sur un support continu et chauffés à l'intérieur du tube à moufle. Ce procédé permet de traiter des tubes en acier à paroi mince de petit diamètre de haute qualité à un coût relativement faible, avec un rendement horaire d'environ 0,3 tonne ou plus.

Troisièmement, l'influence de l'activateur de soudage TIG sur la formation de soudures en acier inoxydable.

Le soudage TIG est largement utilisé en production. Il peut produire des soudures de haute qualité et est couramment utilisé pour souder des métaux non ferreux, de l’acier inoxydable et de l’acier à ultra haute résistance. Cependant, le soudage TIG présente des inconvénients tels qu'une pénétration peu profonde (≤3 mm) et une faible efficacité de soudage. Pour les tôles épaisses, un chanfreinage et un soudage multipasses sont nécessaires. Bien que l'augmentation du courant de soudage puisse augmenter la pénétration, l'augmentation de la largeur de soudure et du volume du bain de fusion est bien supérieure à l'augmentation de la pénétration.

Les méthodes de soudage TIG activé ont attiré l'attention du monde entier ces dernières années. Cette technologie consiste à appliquer une couche de flux activé (appelé activateur) sur la surface de la soudure avant le soudage. Sous les mêmes spécifications de soudage, par rapport au soudage TIG conventionnel, il peut augmenter considérablement la pénétration (jusqu'à 300 %). Pour le soudage de plaques de 8 mm d'épaisseur, une grande profondeur de pénétration ou une soudure complète peut être réalisée en un seul passage sans biseautage. Pour les plaques minces, l’apport de chaleur peut être réduit sans modifier la vitesse de soudage. Actuellement, le soudage A-TIG peut être utilisé pour souder l’acier inoxydable, l’acier au carbone, les alliages à base de nickel et les alliages de titane. Par rapport au soudage TIG traditionnel, le soudage A-TIG peut améliorer considérablement la productivité, réduire les coûts de production et minimiser la déformation du soudage, ce qui est très prometteur pour les applications futures. Un facteur clé dans le soudage A-TIG réside dans le choix de la composition de l'activateur. Les activateurs couramment utilisés comprennent les oxydes, les chlorures et les fluorures, différents matériaux nécessitant différentes compositions d'activateurs. Cependant, en raison de l'importance de cette technologie, la composition et la formulation des activateurs sont brevetées à la fois par PWI et EWI et sont rarement rapportées dans les publications publiques. Les recherches actuelles sur le soudage A-TIG se concentrent principalement sur le mécanisme d'action des activateurs et la technologie d'application du soudage activé.

Actuellement, les activateurs développés et utilisés au niveau national et international se répartissent principalement en trois catégories : les oxydes, les fluorures et les chlorures. Les premiers activateurs développés par PWI pour le soudage des alliages de titane étaient principalement des oxydes et des chlorures. Cependant, les chlorures sont très toxiques, ce qui empêche leur adoption généralisée. Actuellement, les activateurs utilisés à l'étranger pour le soudage de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone sont principalement des oxydes, tandis que ceux des alliages de titane contiennent une certaine quantité de fluorure.

L'effet des activateurs monocomposants sur la formation des soudures de l'acier inoxydable :

1. Pour les soudures recouvertes d'un activateur SiO2, à mesure que la quantité de revêtement SiO2 augmente, la largeur de la soudure se rétrécit progressivement et le cratère devient plus long, plus étroit et plus profond. Le renfort de soudure à l'arrière augmente. À la jonction des zones recouvertes d’activateur et non recouvertes d’activateur, il y a davantage d’accumulation de métal fondu. Parmi tous les activateurs, SiO2 a le plus grand effet sur la formation des soudures.

2. Les activateurs NaF et Cr2O3 ont peu d'effet sur la formation des soudures. Avec l'augmentation de la quantité de revêtement, la largeur de la soudure ne change pas de manière significative et le cratère ne change pas sensiblement. Par rapport aux soudures sans activateurs, la largeur de la soudure ne change pas de manière significative, mais le cratère est plus grand.

3. Avec l'augmentation de la quantité de revêtement de TiO2, l'apparence de la soudure n'a pas changé de manière significative et le cratère de l'arc n'a montré aucun changement évident, comme dans le cas sans activateur. Cependant, la surface de soudure résultante était relativement lisse et régulière, sans contre-dépouille, et la formation de la soudure était meilleure que celle sans activateur.

4. L'activateur CaF2 a eu un impact significatif sur la formation des soudures. Avec l'augmentation de la quantité de revêtement de CaF2, la formation de la soudure s'est détériorée, avec peu de changement dans le cratère d'arc et la largeur de la soudure. Cependant, des contre-dépouilles et d’autres défauts sont apparus avec l’augmentation de la teneur en CaF2.

5. Concernant l'effet sur la profondeur de pénétration, par rapport au cas sans activateur, les cinq activateurs mentionnés ci-dessus pourraient augmenter la profondeur de pénétration de la soudure, et la profondeur de pénétration augmentait en conséquence avec l'augmentation de la quantité de revêtement. Cependant, lorsque la quantité de revêtement atteint une certaine valeur, l'augmentation de la profondeur de pénétration atteint la saturation ; des augmentations supplémentaires de la quantité de revêtement ont entraîné une diminution de la profondeur de pénétration.