Note de la rédaction : Cet article est le deuxième d’une série en deux parties consacrée au marché et à la fabrication des conduites de transfert de liquides de petit diamètre pour applications haute pression. La première partie traite de la disponibilité, sur le marché intérieur, des produits conventionnels pour ces applications, qui sont rares. La seconde partie présente deux produits non conventionnels disponibles sur ce marché.
Les deux types de tubes hydrauliques soudés désignés par la Society of Automotive Engineers (SAE-J525 et SAE-J356A) proviennent d'une même source, tout comme leurs spécifications écrites. Des bandes d'acier plates sont découpées à la largeur voulue, puis profilées pour former des tubes. Après polissage des bords à l'aide d'un outil à ailettes, le tube est chauffé par soudage par résistance haute fréquence et forgé entre des rouleaux de pression pour réaliser la soudure. Après soudage, la bavure extérieure est éliminée à l'aide d'un porte-bavure, généralement en carbure de tungstène. La bavure d'identification est ensuite supprimée ou ajustée à la hauteur maximale prévue à l'aide d'un outil de blocage.
La description de ce procédé de soudage est générale et de nombreuses petites différences existent en production réelle (voir figure 1). Cependant, ils partagent de nombreuses propriétés mécaniques.
Les défaillances de canalisations et leurs modes de rupture courants peuvent être classés en deux catégories : traction et compression. Dans la plupart des matériaux, la contrainte de traction est inférieure à la contrainte de compression. Cependant, la plupart des matériaux sont beaucoup plus résistants à la compression qu'à la traction. Le béton en est un exemple : très compressible, il se rompt facilement s'il n'est pas moulé avec un réseau interne d'armatures. C'est pourquoi l'acier est soumis à un essai de traction afin de déterminer sa résistance à la traction maximale (UTS). Les trois diamètres de flexibles hydrauliques doivent répondre aux mêmes exigences : une UTS de 310 MPa (45 000 psi).
En raison de la capacité des conduites sous pression à résister à la pression hydraulique, un calcul et un essai de rupture distincts, appelé essai d'éclatement, peuvent être nécessaires. Des calculs permettent de déterminer la pression d'éclatement théorique maximale, en tenant compte de l'épaisseur de paroi, de la résistance à la traction (UTS) et du diamètre extérieur du matériau. Les tubes J525 et J356A pouvant avoir le même diamètre, seule la résistance à la traction (UTS) varie. Ils offrent une résistance à la traction typique de 50 000 psi et une pression d'éclatement prévisionnelle de 0,500 x 0,049 pouce. La résistance à la traction est identique pour les deux produits : 10 908 psi.
Bien que les prédictions calculées soient identiques, une différence en pratique réside dans l'épaisseur réelle de la paroi. Pour la norme J356A, la bavure interne est ajustable jusqu'à une taille maximale en fonction du diamètre du tube, comme indiqué dans la spécification. Pour les produits J525 ébavurés, l'ébavurage réduit généralement le diamètre intérieur d'environ 0,05 mm (0,002 pouce), ce qui entraîne un amincissement localisé de la paroi dans la zone de soudure. Bien que l'épaisseur de la paroi soit rétablie par un écrouissage ultérieur, les contraintes résiduelles et l'orientation du grain peuvent différer de celles du métal de base, et l'épaisseur de la paroi peut être légèrement inférieure à celle d'un tube comparable spécifié dans la norme J356A.
Selon l'utilisation finale du tuyau, les bavures internes doivent être éliminées ou aplanies afin de prévenir les fuites potentielles, notamment au niveau des extrémités évasées à simple paroi. Bien que l'on pense souvent que le J525 possède un intérieur lisse et est donc étanche, il s'agit d'une idée reçue. Les tubes J525 peuvent présenter des stries internes dues à un écrouissage incorrect, ce qui entraîne des fuites au niveau du raccord.
Commencez l'ébavurage en coupant (ou en grattant) le cordon de soudure sur la paroi intérieure. L'outil de nettoyage est fixé à un mandrin supporté par des rouleaux à l'intérieur du tube, juste derrière le poste de soudage. Lors du nettoyage, les rouleaux ont accidentellement roulé sur des projections de soudure, qui ont atteint la surface intérieure du tube (voir figure 2). Ce problème se pose pour les tubes légèrement usinés, comme les tubes tournés ou rodés.
Retirer les bavures du tube n'est pas chose aisée. Le processus de découpe transforme les paillettes en un long filament d'acier tranchant. Bien que cette opération soit nécessaire, elle est souvent manuelle et imparfaite. Il arrive que des sections de tubes soient expédiées hors du territoire du fabricant, directement aux clients.
Le riz. 1. Le matériau SAE-J525 est produit en série, ce qui nécessite des investissements et une main-d'œuvre importants. Les produits tubulaires similaires fabriqués en SAE-J356A sont entièrement usinés dans des laminoirs à tubes à recuit en ligne, ce qui les rend plus efficaces.
Pour les conduites de petit diamètre, comme les conduites de liquides de moins de 20 mm, l'ébavurage intérieur est généralement moins important, car ces diamètres ne nécessitent pas d'étape de finition intérieure supplémentaire. Il convient toutefois de vérifier si une hauteur de contrôle des bavures constante risque de poser problème.
L'excellence en matière de contrôle de la flamme en acier inoxydable commence par un conditionnement, une découpe et un soudage précis de la bande. En effet, les propriétés de la matière première J356A doivent être plus exigeantes que celles de la J525, car la J356A impose des restrictions plus strictes concernant la taille des grains, les inclusions d'oxydes et d'autres paramètres d'élaboration de l'acier, en raison du procédé de calibrage à froid.
Enfin, le soudage intérieur nécessite souvent un liquide de refroidissement. La plupart des systèmes utilisent le même liquide que l'outil d'andainage, mais cela peut engendrer des problèmes. Malgré leur filtration et leur dégraissage, les liquides de refroidissement utilisés en usine contiennent souvent des quantités importantes de particules métalliques, d'huiles diverses et d'autres contaminants. Par conséquent, les tubes J525 requièrent un cycle de lavage à chaud à la soude caustique ou une étape de nettoyage équivalente.
Les condenseurs, les systèmes automobiles et autres systèmes similaires nécessitent un nettoyage de la tuyauterie, lequel peut être effectué en usine. Le tube J356A quitte l'usine avec un alésage propre, un taux d'humidité contrôlé et un minimum de résidus. Enfin, il est d'usage de remplir chaque tube avec un gaz inerte pour prévenir la corrosion et de sceller les extrémités avant expédition.
Les tubes J525 sont normalisés après soudage puis étirés à froid. Après étirage à froid, le tube est à nouveau normalisé afin de satisfaire à toutes les exigences mécaniques.
Les étapes de normalisation, d'étirage et de seconde normalisation nécessitent le transport du tube vers le four, puis vers le poste d'étirage, et enfin son retour au four. Selon les spécificités de l'opération, ces étapes requièrent des sous-étapes distinctes telles que le pointage (avant peinture), le décapage et le redressage. Ces étapes sont coûteuses et exigent des ressources importantes en temps, en main-d'œuvre et en argent. La production de tubes étirés à froid génère un taux de rebut de 20 %.
Le tube J356A est normalisé au laminoir après soudage. Il ne touche pas le sol et est laminé en continu, des étapes de formage initiales au tube fini. La production de tubes soudés comme le J356A engendre 10 % de pertes. Toutes choses égales par ailleurs, les lampes J356A sont donc moins chères à fabriquer que les lampes J525.
Bien que les propriétés de ces deux produits soient similaires, ils ne sont pas identiques d'un point de vue métallurgique.
Les tubes J525 étirés à froid nécessitent deux traitements de normalisation préliminaires : après soudage et après étirage. Les températures de normalisation (900 °C) entraînent la formation d’oxydes de surface, généralement éliminés par décapage à l’acide minéral (souvent sulfurique ou chlorhydrique) après recuit. Le décapage a un impact environnemental important en termes d’émissions atmosphériques et de déchets riches en métaux.
De plus, la normalisation de la température dans l'atmosphère réductrice du four à sole tournante entraîne la consommation du carbone en surface de l'acier. Ce processus, la décarburation, laisse une couche superficielle beaucoup plus fragile que le matériau d'origine (voir figure 3). Ceci est particulièrement important pour les tubes à paroi mince. Pour une épaisseur de paroi de 0,76 mm (0,030″), même une fine couche de décarburation de 0,076 mm (0,003″) réduit l'épaisseur effective de la paroi de 10 %. Ces tubes fragilisés peuvent se rompre sous l'effet de contraintes ou de vibrations.
Figure 2. Un outil de nettoyage intérieur (non représenté) est supporté par des rouleaux qui se déplacent le long de la paroi intérieure du tuyau. Une conception optimisée des rouleaux réduit la quantité de projections de soudure qui pénètrent dans la paroi du tuyau. Outils Nielsen
Les tubes J356 sont fabriqués par lots et nécessitent un recuit dans un four à sole mobile. La variante J356A est entièrement usinée dans un laminoir à induction intégré, un procédé de chauffage beaucoup plus rapide qu'un four à sole mobile. Ceci réduit considérablement le temps de recuit, diminuant ainsi la marge de décarburation de plusieurs minutes (voire heures) à quelques secondes. Le J356A bénéficie ainsi d'un recuit uniforme, sans oxydation ni décarburation.
Les tubes utilisés pour les circuits hydrauliques doivent être suffisamment flexibles pour être cintrés, évasés et formés. Les coudes sont indispensables pour acheminer le fluide hydraulique du point A au point B, en passant par différents virages et courbes. L'évasement est essentiel pour assurer le raccordement aux extrémités.
Dans un dilemme de la poule ou de l'œuf, les cheminées étaient conçues pour des raccords de brûleurs à simple paroi (présentant donc un diamètre intérieur lisse), ou inversement. Dans ce cas, la surface intérieure du tube s'ajuste parfaitement à l'embase du connecteur à broche. Pour garantir une connexion métal sur métal étanche, la surface du tuyau doit être aussi lisse que possible. Cet accessoire est apparu dans les années 1920 pour la toute nouvelle division aérienne de l'US Air Force. Il est devenu par la suite le standard évasé à 37 degrés encore largement utilisé aujourd'hui.
Depuis le début de la pandémie de COVID-19, l'approvisionnement en tubes étirés à diamètre intérieur lisse a considérablement diminué. Les délais de livraison des matériaux disponibles sont généralement plus longs qu'auparavant. Cette perturbation des chaînes d'approvisionnement peut être compensée par une refonte des raccords. Par exemple, une demande de devis exigeant un brûleur à simple paroi et spécifiant le raccord J525 peut être envisagée en remplacement d'un brûleur à double paroi. Tout type de tube hydraulique peut être utilisé avec ce raccord, ce qui ouvre la voie à l'utilisation du raccord J356A.
Outre les raccords évasés, les joints toriques mécaniques sont également courants (voir figure 5), notamment pour les systèmes haute pression. Ce type de raccord est non seulement moins étanche qu'un raccord évasé à simple paroi en raison de l'utilisation de joints élastomères, mais il est aussi plus polyvalent : il peut être réalisé à l'extrémité de tout type de tuyau hydraulique courant. Les fabricants de tuyaux bénéficient ainsi de meilleures opportunités au sein de leur chaîne d'approvisionnement et d'une rentabilité accrue à long terme.
L'histoire industrielle regorge d'exemples de produits traditionnels qui s'implantent durablement à une époque où le marché peine à évoluer. Un produit concurrent, même nettement moins cher et répondant à toutes les exigences du produit original, peut avoir du mal à s'imposer si des soupçons se font jour. Cela arrive généralement lorsqu'un acheteur ou un ingénieur chargé de l'étude de la question envisage un produit de remplacement non conventionnel. Rares sont ceux qui sont prêts à prendre le risque d'être découverts.
Dans certains cas, des changements sont non seulement nécessaires, mais indispensables. La pandémie de COVID-19 a entraîné des modifications imprévues de la disponibilité de certains types et diamètres de tuyaux en acier pour le transport de fluides. Les secteurs concernés sont ceux de l'automobile, de l'électricité, des engins lourds et de toute autre industrie de fabrication de tuyaux utilisant des conduites haute pression, notamment hydrauliques.
Ce manque peut être comblé à moindre coût en optant pour un type de tuyau en acier éprouvé, mais de niche. Le choix du produit adapté à une application donnée nécessite des recherches afin de déterminer la compatibilité avec les fluides, la pression de service, la charge mécanique et le type de raccordement.
Un examen plus approfondi des spécifications révèle que la norme J356A peut être équivalente à la norme J525. Malgré la pandémie, elle reste disponible à un prix inférieur grâce à une chaîne d'approvisionnement éprouvée. Si la résolution des problèmes de forme finale s'avère moins laborieuse que la recherche de la norme J525, elle pourrait aider les équipementiers à surmonter les difficultés logistiques liées à la COVID-19 et au-delà.
Tube & Pipe Journal de 1990 publié dans un communiqué de presse. Journal des tubes et tuyaux de 1990 Tube & Pipe Journal a été fondé en 1990 par un ancien producteur de métaux de l'industrie métallurgique. Tube & Pipe Journal est devenu le premier magazine consacré à l'industrie des tubes métalliques en 1990.Aujourd'hui, elle demeure la seule publication spécialisée en Amérique du Nord et est devenue la source d'information la plus fiable pour les professionnels de l'industrie des tuyaux.
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