Le tigspeed plus qu'un simple accélérateur en soudage TIG Vitesses d'opération plus élevées en soudage TIG avec le dévidoir tigspeed d'ewm Mündersbach, le mardi 23 avril 2013 C'est le soudage TIG qui est utilisé préférentiellement lorsque les critères de qualité des cordons de soudure sont particulièrement élevés (TIG soudage à l'arc tungstène gaz inerte, anglais TIG : Tungsten Inert Gas). Ce procédé permet l'obtention de cordons de soudure d'excellente qualité, sans projections. La vitesse de soudage possible est d'ailleurs bien plus faible par rapport aux autres procédés à l'arc électrique. La vitesse de soudage possible en soudage TIG manuel dépend fortement de la position des pièces à souder et de l'expérience du soudeur : elle est d'environ 0,2 m/min en position PA. Avec le dévidoir tigspeed de la société EWM de Mündersbach, il devient possible d'exécuter des cordons de soudure de qualité à des vitesses deux fois plus grande qu'avec le soudage manuel. tigspeed peut fonctionner avec n'importe quel poste de soudage TIG et augmenter considérablement son rendement.
Illust. 1 : le dévidoir tigspeed est utilisable non seulement avec tous les postes de soudage TIG d'ewm, mais également avec tout autre poste de soudage TIG. Photo : EWM Hightec Welding Le soudage TIG les principes physiques Dans le soudage TIG, le pôle négatif de la source de courant est appliqué sur l'électrode. Le gaz inerte sortant de la buse circule parallèlement à l'électrode. Il assure le transfert de charges nécessaire pour l'arc et protège le cordon de soudure des effets d'oxydation. L'arc s'établit entre l'électrode et la pièce, l'énergie électrique de la source de courant est convertie en énergie thermique agissant sur le matériau de la pièce à souder. Le matériau fond et un bain de fusion se crée. Page 2 sur 14
TIG Illust. 2 : soudage TIG : l'arc s'allume entre la pointe tungstène chargée négativement et la pièce reliée à la terre. Il y a fusion en dessous de l'arc. Le métal d'apport requis pour le cordon de soudure est amené de façon manuelle. Il fond dans l'arc et passe dans le bain de fusion qui formera ensuite le cordon de soudure. L'intensité du courant constitue le paramètre essentiel pour agir sur la fusion. Plus l'intensité du courant est élevée, plus le bain de fusion est important et plus il devient difficile de contrôler ce bain. Une intensité de courant plus élevée n'est donc pas l'assurance d'une vitesse plus élevée. A une intensité élevée, l'énergie ne se concentre pas uniquement sur une étroite zone ; une bonne part de celle-ci contribue à faire fondre plus de matière sur la périphérie, ce qui donne un bain de fusion important. Un apport de chaleur plus élevé entraîne deux autres effets. D'une part, des déformations apparaissent dans la pièce et, d'autre part, les effets thermiques intenses provoquent des colorations à traiter par la suite par polissage. Ces inconvénients peuvent être réduits et quasiment disparaître avec un courant de soudage approprié et une introduction maîtrisée du métal d'apport. Le matériau fond sous l'action de l'arc. Le bain de fusion est alors à une certaine température au-dessus du point de fusion du matériau ; avec Page 3 sur 14
les aciers, cette température peut monter jusqu'à 1 500 C selon la composition de l'alliage. Le métal d'apport amené manuellement, c'est autant de matière en plus à faire fondre dans l'arc. La température du bain de fusion descend alors momentanément, plus d'énergie devant être consommée pour la fusion du métal d'apport. C'est pour cette raison que le soudeur retire le métal d'apport après une première fusion pour que le bain de fusion se stabilise. Cette façon d'opérer présente la particularité de découpler les paramètres intensité du courant de soudage et quantité de métal d'apport. Le soudeur peut agir directement sur le courant de soudage, il peut l'ajuster au mieux et introduire la quantité de métal d'apport jugée nécessaire. Le mouvement retour facilite le suivi et le contrôle du bain de fusion. On obtient des cordons de soudure très lisses, précis, d'excellente qualité. L'étroitesse de la zone affectée thermiquement réduit la déformation à un minimum et les effets de décoloration peuvent être évités. Pas d'opérations de retouche non plus du fait de l'absence de projections de l'arc. Les cordons de soudure ne sont pas oxydés, il n'y a pas d'inclusions ni de zones poreuses du fait de l'absence de fondant. C'est le degré d'habileté ou d'expérience du soudeur qui est le facteur limitant de la vitesse de soudage. On ne peut pas atteindre une plus grande vitesse de soudage par la seule augmentation du courant, il s'agit également d'assurer une arrivée du métal d'apport en cohérence avec un contrôle permanent du bain de fusion. Illust. 3 : cordon TIG soudé manuellement Page 4 sur 14
Alimentation mécanisée en fil froid Le soudeur a vraiment «toutes les cartes en main» avec l'alimentation manuelle constante en métal d'apport. Une alimentation mécanisée en fil de soudage est plus simple. Un module assure l'avance en continu du fil de métal d'apport vers la torche, donc vers le bain de fusion. Le soudeur peut alors se concentrer sur l'opération de soudage et le bain de fusion et prêter moins d'attention à l'avance du fil. La puissance de fusion n'est limitée que par l'énergie disponible dans l'arc. Illust. 4 : principe de l'alimentation mécanisée en fil froid La vitesse de soudage peut être fortement améliorée avec le dispositif d'alimentation mécanisée en fil froid en fonction de la tâche à exécuter. Alimentation mécanisée en fil chaud On a recours au fil froid surtout pour les soudures d'assemblage. Le fil chaud est utilisé essentiellement pour les soudures d'assemblage et les rechargements par soudage. Le fil chaud autorise des puissances de Page 5 sur 14
fusion nettement plus élevées, donc des capacités de recharge plus grandes et un meilleur rendement. Seul un dispositif mécanisé peut assurer l'alimentation en fil chaud, le chauffage du fil ne pouvant se faire manuellement. La constitution du mécanisme d'alimentation en fil chaud est très similaire à celui de l'alimentation en fil froid. Illust. 5 : principe de l'alimentation mécanisée en fil chaud Un dispositif amène à vitesse constante, à partir d'une bobine, le fil du métal d'apport vers le bain de fusion. Dès que le fil est passé par la buse et entre en contact avec la surface de la pièce, celui-ci est chauffé par résistance. La température atteinte par le fil chaud est fonction de l'ampérage fixé pour le chauffage du fil. Plus l'ampérage est élevé, plus haute est la température du fil. Au passage du fil préchauffé dans l'arc, il y aura besoin de moins d'énergie pour la fusion du métal d'apport. Cette part d'énergie non consommée permet alors de fondre plus de matière, ce qui signifie plus d'énergie pour le bain de fusion à vitesse égale ou supérieure. En termes de chiffres, on peut augmenter fortement la puissance de fusion, jusqu'à 60 %, avec le fil chaud, que ce soit pour des soudures d'assemblage ou des rechargements. Comme les rechargements par soudage nécessitent plus d'énergie concentrée sur le métal d'apport, la quantité de matière fondue sur la pièce est moins grande, ce qui Page 6 sur 14
améliore le mélange du métal d'apport avec le matériau de la pièce. Dans beaucoup d'applications, cette augmentation de la puissance pour la fusion se traduit directement par un gain de vitesse. Fil chaud et fil froid TIG, une torche de soudage facile à manier L'alimentation mécanisée en fil entraîne des exigences particulières pour la torche de soudage (le métal d'apport doit arriver à la zone de soudure) : sur les torches de soudage TIG d'ewm, l'alimentation en fil et la liaison électrique à la source de courant fil chaud sont intégrées dans la coque de la poignée. Tout est donc à portée de main et les opérations deviennent simples même dans des positions difficiles. Illust. 6 : torche de soudage TIG avec alimentation mécanisée en fil (version fil chaud) Page 7 sur 14
Illust. 7 : détails : torche de soudage TIG avec alimentation en fil et contact fil chaud dans un seul bloc Le bloc servant de guide au métal d'apport vers le point de soudure et contenant le raccordement électrique pour le contact fil chaud est désigné par le terme de «support». Ce bloc est proposé, au choix, en quatre configurations : 30, 39, 42 et flex (15-41 ). Le fil est donc toujours amené selon l'angle correct en fonction des pièces à souder et de la position de soudage. Le mécanisme d'alimentation en fil peut être tourné sur 270 à l'horizontale et être orienté selon l'opération de soudure à exécuter. Par le biais du réglage selon ces deux axes, le point de travail est toujours disposé de manière optimale au niveau de la hauteur et de la distance (écart entre la buse de passage du fil et la pointe tungstène). La gaine fil est échangeable sans difficulté en quelques manipulations. Les pièces de rechange et d'usure sont identiques pour les mécanismes à fil froid et à fil chaud, ce qui simplifie la gestion des stocks. tigspeed mouvement linéaire d'avance et de retour Page 8 sur 14
L'alimentation mécanisée en fil présente un avantage décisif pour le soudeur : il peut se concentrer sur l'opération de soudage et le cordon de soudure. Le fil arrive automatiquement en continu. Et c'est exactement sur ce point précis que le soudage mécanisé se différencie du soudage manuel. Pour le soudage manuel, le soudeur retire toujours en arrière le fil de soudure après une brève fusion. Pendant ce temps, le bain de fusion peut se figer, le matériau en fusion de la pièce se lie au métal d'apport pour donner une phase homogène. Il y a découplage entre les paramètres intensité du courant et quantité de métal d'apport. Le système tigspeed présente, outre une alimentation en fil continue, un dispositif de transfert dynamique du fil reproduisant la manière d'opérer manuellement. L'avance continue du fil est accompagnée de mouvements linéaires d'avance et de retour retirant à chaque fois le fil de la zone du bain de fusion. Illust. 8 : principe de l'alimentation mécanisée en fil avec mouvement dynamique pour le soudage TIG La vitesse constante du fil dans les dispositifs d'alimentation mécanisée en fil froid ou en fil chaud est réglable entre 0,5 m/min et 15 m/min. L'alimentation en fil avec mouvement dynamique en cours d'opération est modulée en fonction du soudage en cours d'exécution et réglable en Page 9 sur 14
continu entre 1 et 16 Hz. Ce qui implique entre 1 et 16 cycles de fusion à la seconde Le dispositif dynamique d'alimentation en fil permet de contrôler le bain de fusion, de veiller à une grande sûreté d'opération et donc d'obtenir des soudures reproductibles. Les cordons de soudure présentent la qualité TIG habituelle et ont une apparence parfaite. C'est notamment dans les positions difficiles que ce dispositif d'avance dynamique du fil montre tous ses avantages pour la maîtrise du bain de fusion : le courant de soudage peut être relevé, ce qui entraîne une fusion plus intense, une vitesse de soudage plus rapide et un rendement amélioré par rapport au soudage TIG manuel. Différents paramétrages peuvent être enregistrés à l'aide de 15 programmes librement paramétrables permettant par une simple action sur un bouton d'activer les séquences les plus variées. Illust. 9 : Avec tigspeed, on peut exécuter facilement des soudures sur des récipients en acier hautement allié, dans cet exemple en position PF (verticale montante). Page 10 sur 14
Illust. 10 : tigspeed permet d'exécuter sans difficulté des soudages de racine de tube dans des positions difficiles Alimentation dynamique en fil et fil chaud : une combinaison imbattable Des vitesses encore plus grandes avec la même qualité de cordon : ce n'est possible que par un apport d'énergie plus conséquent, c'est à dire avec le procédé à fil chaud. Comme avec les dispositifs habituels d'alimentation en fil chaud, le métal d'apport dans le dispositif dynamique est réchauffé par une résistance juste avant d'atteindre l'arc. La séquence de mouvements dynamiques intervient. Par rapport au soudage manuel, les opérations de soudage sont plus rapides avec le fil chaud : jusqu'à 100 %, par exemple, en position PF (verticale montante). La puissance de fusion augmente également, jusqu'à 60%, une plus grande part de l'énergie de l'arc allant à l'opération de soudage et une part plus petite de l'énergie étant consacrée à la fusion du métal d'apport. Le volume de soudure est plus rapidement atteint et l'opération est au total plus rapide et plus simple. Page 11 sur 14
Illust. 11 : en haut : cordon TIG soudé manuellement, en bas : cordon TIG soudé avec le dispositif dynamique d'alimentation en fil chaud L'unité de commande en clair tigspeed est un dévidoir pour dispositif d'alimentation mécanisée ou dynamique en fil froid ou en fil chaud. L'unité de commande présente quelques points uniques et remarquables. L'afficheur numérique en clair se remarque de suite : la vitesse du fil, l'ampérage pour le fil chaud sont indiqués sur l'afficheur ainsi que la fréquence des mouvements d'avance et de retour de fil, le numéro de programme ainsi que tous les temps réglés. Cet afficheur facilite beaucoup les choses et présente l'avantage d'assurer la reproductibilité des résultats de soudage. Les valeurs des paramètres étant réglables électroniquement, les soudages restent identiques avec les mêmes valeurs de paramètres, les opérations sont reproductibles à 100 %. Page 12 sur 14
Illust. 12 : unité de commande du tigspeed avec afficheur numérique pour le réglage et l'affichage de tous les paramètres de soudage tigspeed permet l'enregistrement de 15 programmes totalement paramétrables pour diverses applications. Le dispositif d'alimentation en métal d'apport offre, en plus du procédé à fil chaud, toute latitude pour opérer en fonction des tâches à exécuter. Avec le dispositif mécanisé d'alimentation en fil, le soudeur peut choisir entre le procédé à fil froid ou à fil chaud, le courant de soudage du fil chaud étant réglable en continu jusqu'à 180 ampères. Le dispositif dynamique d'avance du fil peut être mis en marche, au choix, avec une fréquence réglable en continu entre 1 et 16 Hertz. Un test gaz hors courant et l'introduction du fil simplifient et accélèrent les opérations avec tigspeed. À propos d'ewm : EWM est le principal fabricant allemand de technologie de soudage à l'arc et compte parmi les fournisseurs les plus influents au niveau mondial. Grâce aux nombreux produits hautement innovants à orientation écologique qu'elle a développés, l'entreprise est reconnue comme leader technologique. Son initiative en faveur de la durabilité «BlueEvolution» pose de nouveaux jalons avec ses procédés de soudage à efficacité énergétique et à économie de coûts : les clients réalisent ainsi des économies en termes d'argent, sécurisent Page 13 sur 14
les emplois et ménagent l'environnement. EWM fournit une offre de systèmes complète allant des postes de soudage avec tous les composants nécessaires jusqu'aux métaux d'apport et aux accessoires de soudage pour les applications manuelles et automatisées en passant par les torches de soudage. Quelque 600 employés répartis sur dix sites allemands et six sites internationaux ainsi que 300 points de vente et de service à travers le monde assurent une présence étendue. Contact presse : Heinz Lorenz EWM HIGHTEC WELDING GmbH Dr.-Günter-Henle-Str. 8 / 56271 Mündersbach / Allemagne Tél +49 2680 181-126 / heinz.lorenz@ewm-group.com Images en haute définition : www.ewm-group.com Page 14 sur 14