Le préchauffage des tubes constitue également une pratique courante qui permet de réduire le risque de défaut de la soudure. Il est nécessaire pour répondre aux exigences relatives au code ou à la qualité lorsque le tube est en alliage de chrome, d’une épaisseur supérieure à 2,5 cm ou stocké dans des environnements de moins de 10 ℃.
Il existe de nombreuses méthodes de préchauffage, chacune présentant des avantages et des inconvénients. Cependant, la rotation du tube pendant le soudage limite les possibilités de préchauffage, de maintien des températures de préchauffage et de respect des températures entre les passes. Cet article examine une nouvelle technologie, à savoir le chauffage à induction orbitale, disponible pour le préchauffage des tubes en rotation dans un environnement d’atelier. Il permet de bénéficier des avantages du soudage de tubes en rotation tout en répondant à certaines des préoccupations associées à d’autres méthodes de chauffage très connues, telles que la flamme nue et le chauffage par résistance.
Quelle comparaison avec le chauffage à induction ?
Le chauffage à induction existe depuis des décennies, mais dans le passé, il n’était pas bien adapté aux applications de soudage par roulage en raison des câbles chauffants qui devaient être enroulés autour du tube. Cependant, un nouveau procédé d’induction exclusif de Miller® comporte un inducteur qui repose sur le tube et n’interfère pas avec la rotation du tube. L’inducteur fonctionne sur un support de tube standard et se connecte à une source d’alimentation ProHeat™ 35.
Comme pour le chauffage à induction standard, la nouvelle technologie pour les applications de soudage en mouvement utilise une méthode sans contact pour chauffer rapidement les métaux conducteurs en induisant un courant dans la pièce. L’induction ne repose pas sur un élément chauffant ou une flamme pour transférer la chaleur. Au lieu de cela, un courant alternatif traverse l’appareil, créant un champ magnétique autour de lui. Lorsque le champ magnétique traverse la pièce conductrice, il crée des courants de Foucault à l’intérieur de la pièce. La résistance du métal s’oppose au flux des courants de Foucault, ce qui génère de la chaleur dans la pièce. La pièce devient son propre élément chauffant, en chauffant de l’intérieur, ce qui rend l’induction très efficace puisque peu de chaleur est perdue dans le processus.
Comme pour le chauffage à induction standard, la nouvelle technologie pour les applications de soudage en mouvement utilise une méthode sans contact pour chauffer rapidement les métaux conducteurs en induisant un courant dans la pièce. L’induction ne repose pas sur un élément chauffant ou une flamme pour transférer la chaleur. Au lieu de cela, un courant alternatif traverse l’appareil, créant un champ magnétique autour de lui. Lorsque le champ magnétique traverse la pièce conductrice, il crée des courants de Foucault à l’intérieur de la pièce. La résistance du métal s’oppose au flux des courants de Foucault, ce qui génère de la chaleur dans la pièce. La pièce devient son propre élément chauffant, en chauffant de l’intérieur, ce qui rend l’induction très efficace puisque peu de chaleur est perdue dans le processus.
Cette technologie permet de répondre à de nombreux problèmes de sécurité, d’efficacité et de qualité liés à d’autres méthodes très connues de préchauffage des tubes.
De nombreux ateliers de fabrication utilisent la flamme nue d’une torche simplement parce qu’il s’agit d’une méthode facile, notamment en raison de sa rapidité et de sa simplicité d’installation. En outre, nombre de ces ateliers disposent déjà d’une torche, de sorte que les opérateurs de soudage sont familiarisés avec l’équipement et que le coût de l’investissement initial est moins élevé.
Toutefois, le préchauffage à la flamme nue peut se révéler être une méthode peu efficace par rapport au chauffage à induction orbitale, car une grande partie de la chaleur est perdue dans l’air ambiant et il tend à être plus coûteux à long terme en raison de l’utilisation de consommables. Il présente également des risques en termes de sécurité et dégage des fumées. Plus précisément, cette méthode présente un risque accru de brûlures ; elle nécessite le stockage de gaz explosifs, généralement du propane ou du propylène, et les opérateurs sont constamment exposés à des émanations de monoxyde de carbone. Le chauffage irrégulier constitue un autre problème, car la zone située directement sous la flamme est plus chaude que le reste de la pièce.
Le chauffage par résistance, qui utilise des coussinets chauffants en céramique enroulés autour de la pièce, est une forme de préchauffage électrique à laquelle certains ateliers de fabrication peuvent avoir recours. Les coussinets en céramique utilisés pour le chauffage par résistance chauffent souvent à plus de 1 000 ℃, ce qui nécessite donc de les laisser refroidir avant de les retirer afin d’éviter tout risque de brûlure. Ce refroidissement nécessaire, ainsi que le processus d’installation plus long, prolongent l’étape de préchauffage. En outre, les câbles et les fils nécessaires au chauffage par résistance rendent cette méthode moins adaptée aux applications soudées en mouvement.
Le chauffage par résistance est généralement réalisé sur une base contractuelle, c’est-à-dire que les ateliers de fabrication paient des sous-traitants pour qu’ils fournissent l’équipement et le personnel nécessaires à l’exécution de ce travail. Ce contrat n’entraîne pas de frais d’entretien de l’équipement pour l’atelier, mais peut se traduire à long terme par une perte de temps et d’argent si l’on fait appel à chaque fois à un sous-traitant extérieur pour effectuer le travail. Les processus d’installation et de refroidissement utilisés avec le chauffage par résistance signifient également que le sous-traitant peut être inactif en attendant que la pièce suivante soit prête, ce qui peut augmenter les coûts.
Productivité et facilité d’utilisation
La technologie d’inducteur roulant est conçue pour être aussi facile et rapide à mettre en œuvre qu’une méthode à flamme nue. Le dispositif correspondant est également facile à déplacer ou à repositionner. Le bras articulé et l’inducteur roulant se montent sur un support de tube standard, de sorte que l’opérateur de soudage peut aligner la tête d’induction sur le tube. La source d’alimentation reconnaît l’équipement, de sorte que les utilisateurs n’ont plus qu’à régler la puissance et la durée maximales. Le temps d’installation est considérablement réduit par rapport aux autres systèmes de préchauffage électrique.
Le chauffage à induction permet d’amener rapidement la pièce à température et de maintenir la machine à une puissance constante, ce qui en fait une bonne option pour obtenir des niveaux de température homogènes. Cette rapidité et cette régularité en font une méthode de chauffage efficace pour les opérateurs de soudage.
Comparaison en termes de sécurité
Les problèmes de sécurité et les risques de brûlure représentent des inconvénients tant pour la flamme nue que pour le chauffage par résistance. L’induction n’a pas d’élément pour transférer la chaleur puisque celle-ci est générée à l’intérieur de la pièce. Cela réduit le risque de brûlure et crée un environnement plus sûr pour l’opérateur de soudage. Le chauffage à induction (et le chauffage par résistance) élimine également la nécessité de stocker des gaz explosifs, ce qui élimine les risques potentiels associés.
La fatigue et le confort du travailleur sont également des éléments à prendre en compte. Dans le cas d’une flamme nue, la torche réchauffe l’air environnant, alors que dans le cas du chauffage à induction, seule la pièce génère de la chaleur. Ce facteur contribue à un environnement plus confortable et peut aider à réduire la fatigue de l’opérateur.
Les vapeurs, la fumée et le bruit générés par la méthode de la flamme nue contribuent également à créer un environnement moins confortable pour les opérateurs de soudage, ce qui a un impact sur leur fatigue et leur sécurité. L’utilisation du chauffage à induction (ainsi que du chauffage par résistance) réduit le risque d’apparition de ces problèmes.
Constance du chauffage
Il est particulièrement important de maintenir des températures constantes, notamment lors du soudage des aciers à haute résistance d’aujourd’hui. Cependant, la méthode de la flamme nue nécessite un contrôle manuel permanent de la température et la chaleur peut varier à l’intérieur de la pièce. Avec le chauffage par résistance, les coussinets en céramique utilisés peuvent se consumer individuellement, ce qui entraîne un chauffage irrégulier.
Le procédé d’induction orbitale fournit une chaleur constante pendant que le tube tourne, ce qui permet de chauffer la pièce de manière plus homogène et de réduire les points chauds et froids. Ce procédé offre une température de préchauffage maximale de 315 ℃ dans les applications en mouvement et il peut préchauffer des tubes de 20 cm de diamètre ou plus. Plusieurs systèmes peuvent être utilisés pour chauffer des diamètres plus importants.
Considérations relatives aux coûts
Le chauffage par résistance étant souvent réalisé sur une base contractuelle, il peut entraîner des coûts plus élevés pour les ateliers de fabrication. Le chauffage à flamme nue présente un coût initial plus faible, mais il est plus coûteux à long terme en raison de l’utilisation de consommables et des coûts potentiellement plus élevés liés aux questions de sécurité. La méthode de la flamme nue nécessite également du personnel supplémentaire pour surveiller le feu pendant le processus de chauffage, ce qui contribue au coût global et a un impact sur la productivité.
L’investissement initial dans le chauffage à induction roulant est plus élevé, mais le retour sur investissement est plus important pendant la durée de vie de l’équipement. Il s’agit d’une technologie plus efficace et donc moins coûteuse à exploiter sur une base horaire. Elle peut également se traduire par une productivité accrue et des avantages en termes de sécurité.
Si l’induction roulante est exclusive au processus de préchauffage, la source d’alimentation à laquelle elle se connecte est compatible avec d’autres accessoires et outils. Cela signifie que l’équipement peut être utilisé pour d’autres fonctions, notamment l’étuvage d’hydrogène, le frettage et le traitement thermique après soudage, ce qui augmente la polyvalence et la valeur de l’investissement.
En conclusion
Il est important de prendre en compte les questions de sécurité, de qualité et d’environnement associées aux différentes méthodes de préchauffage. Étant donné qu’un nombre croissant de travaux nécessitent un préchauffage électrique, la possibilité d’utiliser le chauffage à induction lors du soudage de tubes en rotation peut être bénéfique pour la productivité, la qualité et la sécurité et offrir aux ateliers de fabrication une alternative viable.
