Les technologies de soudage émergentes : perspectives pour l'industrie

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1 Les technologies de soudage émergentes : perspectives pour l'industrie Journée technique AFIAP 11 octobre 2012 Fabrice Scandella Sommaire Introduction Technologies de soudage émergentes - Les variantes du procédé MIG-MAG - Le soudage sous flux en courant alternatif à onde contrôlée - Le procédé hybride plasma/mig-mag - Les technologies LSND 2 1

2 Introduction Les procédés de soudage évoluent pour répondre aux exigences de productivité et de qualité. De nouveaux défis technologiques apparaissent avec les assemblages multi-matériaux. Parmi les développements les plus récents, on peut citer le soudage par impulsion magnétique qui suscite beaucoup d'intérêt, notamment chez les soustraitants de l'industrie automobile. Même les procédés dits "conventionnels" ont fait l'objet de nombreux développements. Les procédés sélectionnés pour cette présentation sont ceux qui présentent un intérêt particulier dans le domaine de la fabrication des appareils à pression. 3 Technologies émergentes Sous-flux AC Hybride plasma/mig-mag 4 2

3 Technologies émergentes Sous-flux AC Hybride plasma/mig-mag 5 Des évolutions notables sont apparues ces dernières années : - Variantes à plus faible énergie de soudage : pour faciliter le soudage des pièces de faible épaisseur, avec moins de déformations et des vitesses de soudage pouvant atteindre 5 m/min - Variantes à forte pénétration, pour souder des épaisseurs moyennes (4 à 15 mm) sans chanfrein ou en chanfrein à ouverture réduite Ces avancées ont été possibles grâce à l'électronique de puissance, permettant : - une régulation précise des formes d'onde (intensité et tension) et leur synchronisation - dans certains cas, le rajout d'un cadençage du fil, également synchronisé avec les paramètres électriques. Onduleur moderne, document Fronius 6 3

4 Les variantes à plus faible énergie : Elles permettent de souder plus vite, avec moins de déformations des pièces et quasiment sans projections ColdArc d'ewm MIG-MAG conventionnel, régime court-circuit CMT de Fronius SuperPulse d'esab 7 Exemple d'application sur pièces fines Variante à faible énergie : soudage à clin de tôles galvanisées 8 4

5 Exemple d'application sur pièces fines Soudage d'un fuselage d'hélicoptère : - Feuilles d'aluminium série 6xxx d'épaisseur 0,8 mm - Soudage en position plafond, sans support envers - Vitesse de soudage : 1,8 m/min - Variante MIG-MAG à faible énergie : CMT - Déformations des pièces très faible Données Fronius 9 Les variantes à forte pénétration : Elles permettent d'augmenter la productivité pour le soudage de pièces d'épaisseur supérieure à 5 mm. Il existe à ce jour deux fournisseurs, un troisième va commercialiser ce type de technologie dans les semaines à venir. Exemple de variante à forte pénétration, document EWM 10 5

6 Exemple d'application : Acier C-Mn, épaisseur de 10 mm : Solution conventionnelle - chanfreinage - 4 passes MAG alternées Solution MAG forte pénétration - pas de chanfrein - 2 passes MAG - Pas d'usinage - Temps d'arc divisé par 2 - Moins de déformations 11 Exemple d'application industrielle : Réduction du temps de soudage et du volume de produit d'apport Chanfrein en K à 45 Chanfrein en demi-v à 30 L'utilisation d'une variante à forte pénétration a permis de diviser le nombre de passes par 3 chez Manitowoc. 12 6

7 Technologies émergentes Sous-flux AC Hybride plasma/mig-mag 13 En soudage sous flux, le courant utilisé est : DC+ en soudage DC- en rechargement Sous-flux AC I DC+ AC DC- t De nouveaux générateurs de courant AC à onde contrôlée sont maintenant disponibles en Europe. Les paramètres réglables sont : - La fréquence - La balance (% de temps en courant positif) - L'amplitude positive et négative. 14 7

8 Cette technologie apporte : Sous-flux AC - Une très bonne stabilité d'arc - Un contrôle accru de la morphologie des cordons et de la pénétration - La possibilité de réaliser des passes de pénétration avec un seul procédé (121), avec un fil de fort diamètre - La possibilité d'obtenir un taux de dépôt très proche de celui obtenu en DC-, mais en courant alternatif. f = 10 Hz : Pénétration de 7,4 mm f = 100 Hz : Pénétration de 9,5 mm 15 Technologies émergentes Sous-flux AC Hybride plasma/mig-mag 16 8

9 Procédés plasma/mig-mag Principe : Outre les procédés hybrides combinant un faisceau laser, il est également possible combiner uniquement des procédés de soudage à l'arc, en associant par exemple les technologies plasma et MIG-MAG. Ces procédés ont fait l'objet d'une première évaluation pour les membres de la CIS- FIM. Deux technologies sont disponibles sur le marché : Partie MIG-MAG Tête plasma / MIG-MAG Partie plasma Technologie coaxiale, document TBi Technologie non coaxiale, document PLT 17 Procédé plasma/mig-mag coaxial Soudage bout à bout de deux plaques de longueur 500 mm, d'épaisseur 3 mm en 5086 H Tête plasma-mig coaxiale - Vitesse de soudage : 2,4 m/min Les soudures sont généralement réalisées sans latte support. 18 9

10 Procédé plasma/mig-mag coaxial Aspect visuel des soudures assemblage bout à bout de 5086 H111 Côté endroit Côté envers 19 Procédé plasma/mig-mag coaxial Assemblage bout à bout de tubes en alliage d'aluminium 5xxx d'épaisseur 5 mm. Documents TBi 20 10

11 Procédé plasma/mig-mag non coaxial Soudage bout à bout de deux plaques de longueur 500 mm, d'épaisseur 3 mm en AISI 304L. - Tête plasma-mig non coaxiale - Vitesse de soudage : 1,8 m/min Les soudures sont généralement réalisées avec latte support. 21 Exemples d'assemblages sur alliage d'aluminium Procédé plasma/mig-mag non coaxial Application : Profilés pour le secteur ferroviaire. Documents Lixfeld Schweisstechnik / PLT 22 11

12 Procédé plasma/mig-mag non coaxial Exemples d'assemblages sur acier Application : panneaux de chaudières. 5 Documents Lixfeld Schweisstechnik 6,5 23 Exemples d'assemblages sur acier Procédé plasma/mig-mag non coaxial Assemblage de plaques en acier C-Mn : - épaisseur 15 mm - préparation en Y - 2 passes, Vs = 0,5 m/min Assemblage de plaques en acier C-Mn : - épaisseur 10 mm - pas de préparation, jeu de 2 mm - 1 passe, Vs = 0,9 m/min Documents Lixfeld Schweisstechnik 24 12

13 Procédé plasma/mig-mag non coaxial Procédé plasma / MIG-MAG non coaxial en production 25 Technologies émergentes Sous-flux AC Hybride plasma/mig-mag 26 13

14 LSND : Low Stress / No Distortions Principe : Les technologies LSND visent à réduire ou même éliminer les déformations liées à une opération de soudage, en réduisant l'ampleur des contraintes résiduelles de compression qui sont à l'origine des déformations. Soudage seul Soudage LSND Contraintes longitudinales 27 Résultat recherché : Soudage seul Soudage avec technologie LSND Deux technologies sont possibles : chauffage et refroidissement - Chauffage simultané de part et d'autre de la torche de soudage (avec des chalumeaux, des lasers défocalisés, des inducteurs, etc.) - OU le refroidissement à l'arrière de la torche de soudage (avec de préférence de la neige carbonique)

15 Essai LSND avec sources chaudes 29 Essai LSND avec source froide 30 15

16 Avantages : - Dans le cas du LSND avec source froide : résultat reproductible Limites : - La technologie LSND à source froide n'est envisageable pour des procédés de soudage à haute productivité tel que le MIG, le TIG multicathodes, etc. - Attention aux problèmes métallurgiques (effet de trempe!) 31 Exemple d'application - Peu d'informations sont disponibles, notamment en ce qui concerne les applications industrielles. - TWI est à l'origine d'un programme de R&D nommé MALCO : développement d'une tête de soudage MIG LSND source froide avec comme partenaires TWI, Linde, Thyssenkrupp et pour utilisateurs finaux TKT, Bentley, Komatsu

17 Merci de votre attention Avez vous des questions? Fabrice Scandella Institut de Soudure 4 boulevard Henri Becquerel Yutz Tél : [email protected] 33 17