Les applications de rechargement en soudage Réparation avec une machine orbitale. Soudure de réparation pour rechargement interne sur piquage de tuyauterie de circuit primaire de centrale nucléaire (acier inoxydable 316L). La tête de soudage est positionnée à l intérieur de la tuyauterie, le soudage est réalisé à distance. La tête est équipée d un endoscope et d un collecteur tournant pour permettre le soudage en continu. L automatisation du rechargement en soudage s intensifie et conduit à l élaboration de machines spécifiques dédiées à un domaine d activité de plus en plus actif. Le rechargement est abordé de manière différente selon qu il soit destiné à : de la réparation de pièces usées en service, des opérations de rechargement préventives pour des agressions particulières (usures, corrosion, ), des opérations de beurrage qui s inscrivent dans un processus de soudage plus complexe pour la réalisation d assemblage hétérogène. En fonction des caractéristiques demandées, des équipements seront proposés en fonction de celle-ci. 1/10
Notamment, pour le cas des réparations sur site où des machines orbitales seront nécessaires pour s intégrer dans l environnement et permettre la réhabilitation des pièces via le soudage en position. Par opposition, de nombreuses pièces nécessitent, pour une utilisation en service optimum, d être rechargées par soudage avant d être installées. Dans ce cas, le soudage est organisé en atelier, les pièces sont généralement mises en mouvement et les installations et cadences représentent des moyens lourds et dédiés à de la fabrication de série. Le cas de la réparation de pièces le plus fréquent et le plus simple à identifier concerne les cas où des composants homogènes sont soumis à des agressions qui nécessitent tout simplement une opération d usinage (ou équivalent) pour éliminer les zones abîmées (fissuration, faïençage, érosion, ) puis une phase de rechargement par soudage en redéposant des matériaux identiques à la composition du support. Installation mécanisée destinée à de la fabrication en atelier. Rechargement interne avec alliage de nickel. 2/10
Il s agit la plupart du temps d intervention sur des matériaux inoxydables sur des pièces à fortes valeurs ajoutées avec une mise en œuvre du soudage qui ne modifie pas fondamentalement les caractéristiques métallurgiques des matériaux de base, mais qui augmentera le niveau de contraintes dans la pièce réparée. Dans la même lignée, les pièces rebutées suite à des anomalies d usinage peuvent également être réhabilitées par soudage. Dans ces cas, il est par contre plus difficile d envisager le soudage automatisé, sauf si la géométrie de la pièce est compatible avec un outil générique. Les quelques exemples cités témoignent d une très grand diversité de situation d agression des assemblages parmi lesquels nous retrouvons fréquemment les conditions particulières suivantes, la plupart du temps entrant en jeu sous forme d actions combinées : corrosion à froid, à chaud dans des environnements secs ou humides, usure de tout type (abrasion, cavitation,.) chocs mécaniques, chocs thermiques. Dans le cas particulier du beurrage, la situation est intermédiaire puisqu il s agit de constituer un dépôt, non pas pour protéger le métal de base d une agression externe, mais plutôt de réaliser une zone de transition métallurgique dans l objectif de réaliser une liaison hétérogène. A la différence du rechargement, le beurrage une fois l assemblage réalisé, participe intégralement à la résistance mécanique de la soudure finale. Les critères d acceptation sont par conséquent plus serrés du fait des garanties mécaniques à obtenir. Les enjeux sont les mêmes que lors d une opération de soudage et l utilisation de procédés conventionnels en adéquation avec les critères d acceptation (liés aux codes de fabrication) est plus que recommandée. Il s agit d une situation de fabrication où le soudage TIG fil chaud est plus qu ailleurs préconisé pour garantir la qualité des assemblages. Le rechargement et le beurrage restent dans la plupart des cas des terrains de prédilection pour le soudage TIG fil chaud. Les avantages habituels liés à la qualité du dépôt, à la régularité des états de surface, à l aptitude et à la facilité de mise en œuvre en soudage toutes positions, en font un des procédés les plus polyvalents. Le contrôle séparé de l énergie de l arc et de la quantité du métal déposé est un avantage indéniable pour aborder des géométries délicates (avec la possibilité de réaliser des passes de différentes épaisseurs, de maîtriser les phases de démarrage, d arrêt, ). 3/10
Beurrage sur l extrémité d un générateur de vapeur. Préparation du soudage avec une installation orbitale. (Courant de soudage 180 à 280 A, Vitesse de soudage 250 à 450 mm/min.,taux de dépôt 0,6 à 1.2 kg/h). La souplesse du procédé autorise de travailler avec une très large plage d énergie mettant en œuvre des intensités de soudage allant de 80 à 450 A (à titre indicatif). Les taux de dépôts correspondants pourront varier de quelques centaines de grammes jusqu à 2,5 à 3 kg de dépôt à l heure en utilisant quelques fois deux torches de soudage synchronisées. Grâce à l unique flexibilité et adaptabilité du procédé TIG en ce qui concerne les réglages mécaniques (électrodes et fils), les paramètres électriques (courant, tension, vitesse d avancée), le niveau d énergie et sa répartition, la géométrie des cordons et le niveau de dilatation peuvent être optimisés sans risques de défauts de compacité. En ce qui concerne l aspect opératoire, il est avéré que la méthodologie retenue pour l empilement des passes est très influente pour permettre une diminution notable de la dilution. L utilisation de configurations de torches permettant une alimentation en produit d apport par l avant ou le côté, évite d exposer les matériaux supports à l action directe de l arc. Cette disposition a l avantage de réduire la fusion du métal de base par le biais du métal d apport positionné en écran pour capter la majorité de l énergie pour sa fusion. Les autres facteurs influants pour limiter la dilution sont liés à la position de soudage et à la position de l électrode, car dans le même esprit que celui d interposer le métal d apport entre l électrode de tungstène et la pièce, il est toujours possible de faire en sorte d appuyer le bain de fusion sur la passe précédente de sorte que la surface de contact direct entre le bain et le métal de base soit la plus réduite possible. 4/10
De ce fait, la dilution s effectue entre du métal fondu et du métal déposé au lieu d être entre le métal fondu et le métal de base. La position de l électrode, toujours la plus possible dirigée sur le cordon précédent, limite encore plus la fusion du support dans le respect du même principe. L approche la plus simple passe par l utilisation d un générateur TIG fil chaud doté d un contrôle commande modulaire qui autorise la programmation des paramètres électriques et des mouvements habituellement employés en soudage TIG. La diversité des applications de rechargement se caractérise également par de nombreux modèles de torche de soudage. Le choix de la torche est généralement à adapter en fonction : des dimensions des pièces, des conditions de soudage (avec ou sans préchauffage), du confinement, des profils de pièce à souder (fond, cylindre, gorge), des positions de soudage. Quelques applications particulières ont nécessité le développement de solutions singulières parmi lesquelles peuvent être citées : la torche avec buse rétractable par exemple dans le cas de soudage en chanfrein ou gorge de portée de joint, cette torche permet l adaptation automatique de la longueur de sortie d électrode pour faciliter le soudage en continu, les doubles torches double fils chaud par exemple dans le cas de rechargement interne de tubes (en position à plat), ces torches permettent le soudage en double couche et à haut rendement, les torches avec capteurs intégrés- par exemple dans le cas de rechargement de zone avec perçage, il est possible d utiliser des modes de détection automatisés pour éviter l intervention des opérateurs dans les phases de départ et arrêt en bordure d alésage, les torches à dimensions réduites pour rechargement d alésages inférieurs à 50 mm les torches avec inclinaisons motorisées intégrées pour les rechargement de profils évolutifs par exemple dans le cas d un rayon qui nécessite de passer de la position de soudage «à plat» à la position «corniche» 5/10
Les torches de rechargement Quelques exemples de torches pour rechargement interne d alésage version droite, coudée (avec simple ou double fil chaud) et capacité jusqu à 400 A. Ces outils permettent de constituer des installations de rechargement classiques en leur associant potences, vireurs et tables tournantes. Il s agit de cas où les pièces peuvent être mises en mouvement, généralement pour se placer dans une position de soudage favorable. Rechargement d une gorge oblongue avec une installation mixte, tête collecteur et glissières croisées. La trajectoire ainsi que la progression de soudage sont entièrement automatiques. 6/10
Les exemples les plus classiques sont les rechargements circulaires à plat pour surface de planes (plaques tubulaires,..) où les rechargements extérieurs ou intérieurs sur cylindres en position corniche. Cette position est en effet idéale pour les tubes ou alésages permettant la recherche du meilleur compromis entre le rendement (taux de dépôt) et la dilution. Le cas particulier de rechargements internes de tubes de diamètres supérieurs à 8" et de grandes longueurs (8 12 mètres) a été traité à plusieurs reprises par la réalisation de machines spécifiques. La lance, équipée de deux torches de soudage avec chacune une double arrivée de fil chaud, est déployée jusqu à l extrémité du tube. Torche de soudage TIG 500 avec double fil chaud et buse rétractable motorisée. Cette torche permet le soudage continu dans un chanfrein avec ajustement programmable du stick-out en fonction de la profondeur du chanfrein. Ce dispositif garantit une protection gazeuse optimisée pour éviter l oxydation des dépôts Le soudage est ensuite réalisé en tirant la lance de soudage. Deux générateurs TIG fil chaud sont synchronisés entre eux et avec les mouvements de rotation et d avance du chariot support de torche. Généralement, les applications relatives aux rechargements internes de tubes de grandes longueurs concernent des rechargements en alliage de nickel nécessitant des dépôts bruts de l ordre de 5 mm d épaisseur. L épaisseur est obtenue en deux couches simultanées, approche la plus simple pour garantir à la fois l épaisseur et le taux de dilution. 7/10
Il existe d autres cas beaucoup plus complexes où il est impossible de mettre les pièces à recharger en mouvement, soit du fait de leurs poids et dimensions, soit tout simplement du fait de leur géométrie (cas des forages réalisés sur des pièces massives ou cas de profil oblongs). POLYSOUDE a développé pour faire face à ces situations fréquentes toute une famille d outils (appelée tête orbitale avec collecteur tournant) permettant la mise en rotation des torches sans gestion de faisceau. Dans les configurations les plus extrêmes, soit du fait du profil à recharger (exemple des trous oblongs), soit du fait des caractéristiques géométriques des pièces (alésages de 1 à 2 mètres de profondeur), il est très souvent intéressant de réaliser des machines où la tête collecteur est elle-même mise en mouvement par différents mouvements linéaires. Il est assez fréquent de rencontrer des installations «mixtes» où une tête orbitale avec collecteur est suspendue à l extrémité d une potence par l intermédiaire de plusieurs glissières croisées au-dessus d une table tournante. Cette architecture étant de loin l outil le plus polyvalent pour les industriels qui souhaitent maintenir une grande flexibilité de leur parc machine. POLYSOUDE intervient fréquemment dans le domaine du rechargement pour apporter des solutions à des industriels à la recherche d équipements spécifiques. Cette démarche a finalement donné naissance à une véritable gamme de solutions industrielles dédiées au rechargement par soudage. Pour les secteurs où la qualité des dépôts est une préoccupation, le soudage TIG fil chaud, très facile à automatiser, se positionne comme le meilleur compromis pour aborder une grande diversité d applications. Il n est pas question de remplacer d autres procédés lorsque leur choix est à propos mais nécessaire de s interroger lorsque les profils à recharger sont complexes, lorsque les contraintes d encombrement sont sévères ou tout simplement lorsqu il est souhaitable d aller vers un haut niveau d automatisation. 8/10
Exemples de soudure : 9/10
Rédacteurs : Jean-Pierre Barthoux, EWE, Directeur Département Technologie POLYSOUDE S.A.S., Nantes Jürgen Krüger, alfalang, Lippstadt, Allemagne, rédacteur technique et traductions Pour plus d'informations, veuillez nous contacter : POLYSOUDE S.A.S. 2, rue Paul Beaupère (F) 44300 Nantes Tél. : + 33 (0) 2 40 68 11 00 Fax : + 33 (0) 2 40 68 11 88 Mail : info@polysoude.com Site Internet : www.polysoude.com 10/10