Soudage en joints étroits

Pourquoi recourir au soudage en joints étroits ? L’ensemble des avantages liés à la mise en œuvre du soudage TIG a non seulement favorisé l’automatisation du soudage des séquences jusque-là réservée au soudage manuel, mais également été le point de départ vers des applications avec des pièces de plus en plus grandes dimensions.

Ainsi, de multiples variantes ou évolutions vers des sources de courant de fortes puissances, ou développements de fonctions complémentaires telles que l’utilisation de fil chaud, de double arrivée de fil, ou la création d’outils spécifiques du type torches de rechargement ou torches pour soudage en rainures étroites ont résolument élargi le domaine d’utilisation du TIG.

Il n’est plus aujourd’hui irréaliste d’envisager le soudage d’épaisseurs de 30 à 300 mm en TIG tant les avantages sont nombreux et pertinents comparativement à l’ensemble des procédés disponibles sur le marché.

L’approche du soudage TIG sur fortes épaisseurs nécessite cependant quelques connaissances particulières pour ce qui concerne, d’une part, le choix et l’utilisation des équipements et, d’autre part, pour la préparation des pièces et la mise au point des techniques opératoires.

Soudage en joints étroits

Introduction

Des décennies de progrès dans le domaine du soudage TIG ont permis d’en faire un procédé incontournable offrant le plus large champ d’application et des contraintes d’exploitation raisonnables. Le procédé de soudage TIG avec fil chaud est efficace pour produire des soudures de qualité dans toutes les positions de soudage et constitue désormais la base de nombreuses applications automatiques, y compris pour des pièces de plus en plus grandes.

Joints étroits

Photo montrant la base d’une torche pour soudage en rainures étroites avec le guide-fil, à l’entrée d’un chanfrein étroit. La torche est de faible épaisseur, et est équipée d’une remorque de gaz de protection visant à protéger le bain de fusion de l’oxydation.
Photo montrant la base d’une torche pour soudage en rainures étroites avec le guide-fil, à l’entrée d’un chanfrein étroit. La torche est de faible épaisseur, et est équipée d’une remorque de gaz de protection visant à protéger le bain de fusion de l’oxydation.

Le joint étroit, ou la rainure étroite, n’est qu’un des développements Polysoude d’outils spécifiques, sous forme de torches spécialisées utilisant la technologie TIG à fil chaud.

Désormais bien établi, le procédé de soudage en joints étroits est utilisé pour souder des sections épaisses de métal, telles que des tuyaux et des cuves à paroi épaisse de 30 à 300 mm, de manière plus économique, en augmentant considérablement l’efficacité du taux de dépôt du procédé TIG à fil chaud.

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Technique

On peut obtenir un gain de productivité en réduisant le volume du chanfrein à remplir. Le procédé de soudage en joints étroits consiste à réduire le volume à souder. L'utilisation d'un petit espace à la racine et d'une rainure en V étroite, permet l'insertion d'une torche à profile plat (rainures étroites) capable de souder des cordons de métal d’apport, déposés en une seule passe par couche.

Méthodes de soudage multicouche
Schémas montrant les procédures de soudage conventionnel (à gauche) et de rainures étroites (à droite) sur un tube Ø 168 x 13 mm. La productivité n’augmente ne croît qu'à partir de l'épaisseur où le soudage multipasses par couche devient incontournable en soudage conventionnel alors qu’une seule passe suffit en soudage en joint étroit.

En fonction du retrait généré par chaque passe, la pente du chanfrein aura été déterminée de façon à avoir toujours la même largeur à souder tout au long  du remplissage. Cette technique, avec un rapport élevé entre la profondeur et la largeur, présente des avantages économiques pour les pièces dont l’épaisseur est supérieure ou égale à 25 mm ; elle permet d’obtenir des cordons de soudure de même épaisseur sur des parois pouvant atteindre 250 mm.

Le plus souvent, on utilise ce procédé pour souder des tuyauteries hautes températures et hautes pressions des centrales thermiques et nucléaires. Seules quelques entreprises dans le monde proposent l’équipement et les technologies sophistiquées nécessaires : Polysoude est l’une d’entre elles.

Pourquoi choisir le soudage TIG en joints étroits ?

Le soudage TIG en joints étroits doit toujours être envisagé pour le soudage de pièces de 30 à 300 mm d’épaisseur, étant donné les nombreux avantages qu’il présente par rapport aux autres procédés disponibles sur le marché.

L’approche du soudage TIG sur des pièces épaisses nécessite certaines connaissances spéciales en matière de choix et d’utilisation de l’équipement, de préparation des pièces et de développement des techniques opératoires.  Cependant, une fois ce stade dépassé, tous les domaines de l’industrie peuvent être abordés avec de nombreux exemples dans la construction de biens d’équipements pour l’énergie (centrale hydraulique, thermique conventionnelle, nucléaire), la pétrochimie, la chaudronnerie et les fabrications ou réparations de tuyauteries de fortes épaisseurs.

Les gains de productivité sont considérables lorsqu’on utilise le mode opératoire rainures étroites. En outre, ils augmentent proportionnellement à l’épaisseur à souder : plus la section est épaisse, plus il est rentable d’utiliser le soudage TIG avec fil chaud en joint étroit.  Des tests ont montré que l’augmentation de la productivité entre une rainure conventionnelle et une rainure étroite commence à partir d’un point d’épaisseur où plusieurs passes par couche d’apport deviennent inévitables, atteignant un facteur de rentabilité de 3 fois celui du soudage conventionnel sur des sections soudées d’environ 55 à 60 mm d’épaisseur et de 5 fois plus sur des épaisseurs supérieures à 50 mm.

soudage à fil chaud - taux de dépôt - productivité
Graphique illustrant le gain de productivité entre la procédure TIG avec fil froid et la procédure TIG avec fil chaud dans le soudage des rainures étroites. Pour la procédure TIG avec fil chaud, plus l’épaisseur de la paroi du tube est importante, plus le gain de productivité est élevé (plus de 3 fois sur des épaisseurs de 80 mm pour un diamètre extérieur de tube de 355 mm en acier inoxydable)

Avantages

  • Les angles de biseau à degré réduit permettent de souder des sections épaisses de façon plus économique.  L’angle de biseau d’un tube standard est de 37,5 degrés, alors que celui d’un NG peut être de 3 degrés seulement.
  • Le retrait de la soudure est contrôlé en raison de la réduction des couches de soudure.
  • Le volume du joint est réduit.
  • L’augmentation du taux d’achèvement du joint signifie une réduction du temps de soudage.
  • Réduction des coûts de main-d’œuvre.
  • La distorsion de l’angle est réduite, grâce aux parois latérales du joint presque parallèles.
  • Le faible apport de chaleur réduit les contraintes sur le métal du tube.
  • Les propriétés métallurgiques sont plus constantes.
  • Réduction du coût des consommables.  Moins de matériaux d’apport sont nécessaires pour le soudage en joints étroits, permettant de réaliser des économies substantielles compte tenu du coût des alliages appropriés.

Soudage en joints étroits - Torches

POLYSOUDE fabrique une série de torches pour soudage en joints étroits, nécessairement spécialisées, en raison de l’accès limité à la racine du joint.

équipement de soudage orbital à écartement étroit sur tube en acier super duplex vue de l'électrode à écartement étroit
Photo montrant une torche pour soudage en joints étroits positionné pour réaliser le passe racine dans une rainure profonde.

La conception des torches

La conception de la torche est essentielle au développement du soudage en joints étroits ou rainures étroites :

  • Compatibilité fil chaud
  • Étroit
  • Entièrement isolé
  • Changement d’électrode facile
  • Fil de 0,8 à 1,2 mm
  • Vidéo
  • Robuste
  • Lumière (orbitale)
  • Torche pour soudage en joints étroits
  • Préchauffage à 350 °C
  • 10 0% Facteur de marche - 350 à 400 A

Types de torche de soudage

Chaque type de torche a une profondeur d’insertion maximale, qui détermine l’épaisseur du matériau sur lequel elle peut être utilisée.

Torche pour soudage en joints étroits V2 et V3

Utilisées pour des épaisseurs allant jusqu’à 100 mm, les buses sont isolées et spécialement profilées, afin de canaliser efficacement le gaz vers la racine, garantissant ainsi un écran gazeux satisfaisant. À partir d’une épaisseur d’insertion d’environ 45 mm, les buses sont combinées avec des ensembles de boucliers traînants amovibles afin de compléter la soudure.

Pour les épaisseurs de 0 à 150 mm, 0 à 250 mm et 0 à 300 mm, une série de torches est également disponible avec des ensembles de boucliers traînants (amovibles si nécessaire) pour tous les parcours de la racine au chapeau. Toutes les solutions de torches pour soudage en joints étroits disposent d’électrodes fixes ou oscillantes.

Torche NG-7

Ces torches ont une épaisseur de 7 mm, ce qui permet d’accéder à des rainures de 8,5 à 9 mm de large et de mettre en œuvre des cordons simples, dans toutes les positions TIG avec fil chaud. Leur conception garantit un cycle de fonctionnement de 100 %, quelle que soit la profondeur de la fente, dans des environnements préchauffés jusqu’à 350 °C. Le porte-électrode est isolé du corps de la torche, afin d’éviter les courts-circuits si la buse touche la rainure.

Torches à oscillation NG-OSC

diagramme de soudage fil chaud vs fil froid
Photo montrant une torche pour soudage en joints étroits équipée d’une remorque de gaz de protection, d’une électrode oscillante et d’un guide-fil.

L’épaisseur minimale de ces torches est de 10 mm.  Isolés de la rainure, l’électrode et le fil oscillent dans un mouvement circulaire, synchronisé par un seul moteur d’entraînement.  Le mécanisme permet un réglage différentiel d’amplitude entre le mouvement du fil et celui de l’électrode. Les torches pourront être utilisées en soudage avec électrode oscillée ou tout simplement en passe tirée avec prépositionnement automatique de l’électrode.

Qui sommes-nous ?

La société Polysoude est spécialisée dans la conception, le développement et la fabrication de solutions innovantes de soudage à l’arc. La marque est synonyme d’expertise de premier plan au niveau mondial dans 3 secteurs clés : les solutions de soudage TIG en joint étroit orbital automatisé, les solutions de soudage TIG et plasma automatisés ainsi que le rechargement par soudure TIGer™.
Créée à Nantes en 1961, la société fabrique de nombreux types de générateurs de soudage et d’équipements de soudage orbital, ainsi qu’une large gamme de têtes de soudage ouvertes et fermées.
Aujourd’hui, en tant qu’entreprise orientée vers l’usine intelligente, nous concevons tous nos produits Polysoude pour l’industrie 4.0.

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