L’utilisation d’un système de chauffage à induction pour le préchauffage avant soudure et le détensionnement des contraintes après la soudure permet de gagner du temps et d’améliorer la productivité.
Qu’est-ce que le chauffage à induction ?
Un large éventail d’industries utilise depuis longtemps le chauffage à induction, et cette technologie a largement fait ses preuves depuis près de vingt ans dans les applications de soudage industriel et de construction, notamment dans les raffineries, la pétrochimie, les pipelines, les structures, la construction navale, la réparation des réservoirs sous pression et l’exploitation minière.
De nombreuses applications de soudage nécessitent un préchauffage qui minimise la différence de température entre l’arc et le matériau de base. Le préchauffage ralentit la vitesse de refroidissement de la soudure et réduit la teneur en hydrogène, deux facteurs qui contribuent à réduire le risque de fissuration et ainsi d’échec de la soudure.
Lorsqu’un préchauffage ou un détensionnement des contraintes après soudure est nécessaire, l’induction permet de gagner beaucoup de temps et d’obtenir une température constante pouvant atteindre jusqu’à 780 °C, tout en offrant des avantages en termes de sécurité et de qualité de la soudure.
Comment fonctionne le chauffage à induction ?
Le préchauffage consiste à chauffer le matériau de base – ou du moins la zone entourant le cordon de soudure – à une température spécifique avant le soudage. Lorsqu’un préchauffage est nécessaire, la température minimale fait partie des spécifications de la procédure de soudage (WPS).
Les systèmes de chauffage à induction utilisent un chauffage sans contact. Ils induisent la chaleur par voie électromagnétique et par hystérésis. Les outils de chauffage sont placés sur ou autour d’un objet conducteur d’électricité et le champ magnétique crée des courants de Foucault à l’intérieur de la pièce, excitant ainsi les molécules de la pièce et générant de la chaleur. Par conséquent, c’est la pièce elle-même qui est la source de chaleur et non les outils de chauffage.
Comparez cette méthode à deux autres méthodes courantes de préchauffage : par résistance et par flamme nue. Le chauffage par résistance permet de chauffer le matériau de l’extérieur, à l’aide de coussinets en céramique qui deviennent chauds et transfèrent la chaleur. Le chauffage par flamme nue utilise le feu pour chauffer une pièce.
Le chauffage à induction est facile à mettre en place, offre un temps de montée en température rapide et permet d’obtenir une efficacité de chauffage exceptionnelle et une uniformité de la température de soudage. En outre, l’induction offre des avantages en termes de sécurité par rapport aux méthodes de chauffage par résistance et par flamme nue. Le chauffage par résistance est beaucoup plus lent à mettre en place – environ trois heures par soudage contre 20 minutes maximum pour l’induction. Le chauffage par résistance se caractérise également par une lente montée en température, qui peut parfois prendre jusqu’à trois heures, ainsi que par une uniformité marginale de la température de soudage et des coûts d’exploitation beaucoup plus élevés par joint.
Options pour le chauffage à induction
L’induction est couramment utilisée pour le traitement thermique dans la fabrication et le soudage de tubes. Mais de nombreux sous-traitants ne réalisent pas que l’induction peut offrir des avantages dans une large gamme d’applications, telles que le soudage de tôles plates, de pièces mobiles et d’autres géométries de pièces. Le système de chauffage à induction Miller® ProHeat™ 35 est disponible avec de nombreuses options de refroidissement par air ou par liquide, en fonction des exigences de travail.
Refroidissement par air
Les couvertures ou les câbles refroidi(e)s par air sont facilement posé(e)s sur la pièce ou enroulé(e)s autour d’elle. Conçu(e)s dans un souci de flexibilité et d’efficacité, les câbles ou couvertures refroidi(e)s par air peuvent s’adapter à presque toutes les applications de préchauffage à induction et ne nécessitent ni refroidisseur ni liquide de refroidissement, ce qui permet de gagner du temps et d’éliminer certains coûts liés au préchauffage avant soudure. Les systèmes refroidis par air peuvent être utilisés pour des applications de préchauffage jusqu’à 200 °C.
Refroidissement par liquide
Ce type de système peut être utilisé pour des applications qui nécessitent un préchauffage à haute température et un détensionnement des contraintes. L’induction à refroidissement par liquide offre la plus large plage de températures pour le préchauffage, l’étuvage d’hydrogène et le traitement thermique après soudage, avec la possibilité de chauffer jusqu’à 780 °C. Les principales différences par rapport aux systèmes refroidis par air résident dans l’ajout d’un refroidisseur et dans l’utilisation de câbles flexibles refroidis par liquide qui refroidissent l’inducteur. Les systèmes refroidis par liquide utilisent généralement un régulateur de température intégré et un enregistreur de température extérieure, des composants particulièrement importants dans les applications de détensionnement des contraintes.
Inducteur roulant
La majorité des tubes soudés en ateliers de fabrication sont roulés. La rotation du tube pendant le soudage présente de nombreux avantages, notamment la facilité d’obtenir des soudures de qualité en éliminant le soudage hors position, la réduction de la fatigue du soudeur et l’amélioration de la productivité grâce à des vitesses de dévidage du fil plus élevées et à des vitesses de dépôt plus hautes. Le système de chauffage à induction ProHeat 35 avec inducteur orbital permet aux ateliers de fabrication de préchauffer les pièces à usiner, y compris les pièces mobiles, et fournit une chaleur rapide et constante pouvant atteindre 315 °C.
Avantages du chauffage à induction
Par rapport à l’utilisation d’une flamme nue ou d’une résistance pour le préchauffage et le détensionnement des contraintes, l’induction offre de nombreux avantages. Voici quelques-uns des principaux avantages de l’induction :
Uniformité de la température
Le chauffage à induction distribue l’énergie thermique de manière uniforme sur la zone où l’inducteur ou la couverture est placé, ce qui permet d’obtenir une chaleur homogène et constante sur le matériau de base. En comparaison, le chauffage à la flamme nécessite un mouvement manuel difficile à contrôler, tandis que les coussinets chauffants à résistance ne touchent souvent pas la pièce de manière uniforme, ce qui entraîne une chaleur inégale et des tensions sur la soudure. Les systèmes ProHeat utilisent des capteurs pour indiquer et enregistrer avec précision la température de soudage. Les composants de chauffage à induction rendent également les interruptions de cycle peu probables, ce qui est essentiel pour la productivité dans le domaine du relâchement des contraintes.
Réduction du temps de cycle
L’induction permet une installation et une montée en température beaucoup plus rapides. Le chauffage par résistance nécessite souvent de faire appel à un sous-traitant pour le préchauffage, ce qui peut entraîner des retards et de longues durées de chauffage qui provoquent des temps d’arrêt de soudage. Avec l’induction, les soudeurs peuvent chauffer leurs propres pièces, ce qui maximise leur efficacité. De plus, le temps de montée en température peut être atteint en quelques minutes, alors qu’il faut des heures pour un chauffage par résistance. Pour les pièces épaisses, fines et de forme irrégulière, il n’est pas rare de constater une réduction de plus de 50 % de la durée totale du cycle grâce à l’induction.
Efficacité / Coûts énergétiques
Le processus de chauffage à induction est très efficace et la majeure partie de l’énergie électrique utilisée génère de la chaleur à l’intérieur de la pièce. Les coûts énergétiques sont généralement bien inférieurs à ceux des autres méthodes. Avec le chauffage par flamme, la majeure partie de l’énergie thermique créée se dissipe dans l’air libre. Le chauffage par résistance gaspille de l’énergie électrique en raison du gros transformateur de la source d’alimentation et parce qu’un seul côté de l’élément chauffant est en contact avec la pièce froide. De nombreux clients qui passent au chauffage à induction peuvent bénéficier de remises de la part des compagnies d’électricité en raison des améliorations en matière d’efficacité.
Polyvalence
L’induction peut être utilisée sur de nombreuses formes, tailles et types de pièces, des tubes et plaques plates aux coudes et vannes. L’un des aspects qui rend l’induction intéressante pour les formes complexes est la possibilité d’ajuster les bobines au cours du processus de chauffage pour s’adapter à des pièces et à des dissipateurs thermiques uniques.
Réduction des risques en matière de sécurité
Les méthodes par flamme et par résistance chauffent les pièces de l’extérieur vers l’intérieur et présentent donc un risque de brûlure. Le chauffage par résistance utilise des coussinets en céramique qui restent chauds longtemps après que l’assemblage a été porté à température, tandis que le chauffage à la flamme comporte des risques d’incendie et même d’explosion. Avec l’induction, seule la pièce devient chaude ; les câbles, les couvertures et les enveloppes ne le sont pas, ce qui réduit les risques de blessures ou d’accidents et la fatigue de l’opérateur due à la chaleur.
Diminution des coûts en matière de consommables
L’isolation utilisée pour l’induction est facile à fixer sur les pièces et peut être réutilisée à l’infini. En outre, les bobines d’induction sont robustes et ne nécessitent pas de fils ou de matériaux en céramique fragiles. Cette méthode est à comparer à l’isolation en fibre céramique utilisée dans le chauffage par résistance, qui ne peut être utilisée qu’une ou deux fois avant d’être mise au rebut, ce qui nécessite un stock important de matériaux isolants et des coûts significatifs pour l’élimination de matériaux potentiellement dangereux.
Facilité d’utilisation
L’un des principaux avantages de l’induction est sa simplicité. L’isolation, les couvertures et les câbles sont faciles à installer, généralement en moins de 15 minutes, et ils peuvent être facilement ajustés.
Conclusion
Le chauffage à induction est une méthode efficace et cohérente pour le préchauffage, l’étuvage et le détensionnement des contraintes d’une large gamme de formes et de types de pièces dans les applications de soudage. Il offre une montée en température rapide, une grande flexibilité pour une variété d’applications et de matériaux et constitue une alternative plus sûre par rapport aux autres méthodes de chauffage. Dans la plupart des applications de soudage, le chauffage à induction est le meilleur choix pour gagner du temps et de l’argent.
