Bien que la technologie de soudage orbital ne soit pas nouvelle, elle continue d'évoluer, devenant plus puissante et polyvalente, en particulier lorsqu'il s'agit de souder des tuyaux. Une interview avec Tom Hammer, un soudeur qualifié d'Axenic à Middleton, Massachusetts, révèle les nombreuses façons dont cette technique peut être utilisée pour résoudre des problèmes de soudage difficiles. Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Axenic
Le soudage orbital existe depuis environ 60 ans, ajoutant l'automatisation au processus GMAW. Il s'agit d'une méthode fiable et pratique pour effectuer plusieurs soudures, bien que certains OEM et fabricants n'aient pas encore utilisé la puissance des soudeurs orbitaux, s'appuyant sur le soudage manuel ou d'autres stratégies pour joindre des tubes métalliques.
Les principes du soudage orbital existent depuis des décennies, mais les capacités des nouveaux postes à souder orbitaux en font un outil encore plus performant. Nombre d'entre eux sont désormais dotés de fonctions intelligentes facilitant la programmation et le traitement avant le soudage. Commencez par des réglages rapides et précis pour garantir des soudures uniformes, pures et fiables.
L'équipe de soudeurs d'Axenic à Middleton, dans le Massachusetts, est un fabricant de composants sous contrat qui guide bon nombre de ses clients dans les pratiques de soudage orbital si les bons éléments existent pour le travail.
« Dans la mesure du possible, nous voulions éliminer l'élément humain dans le soudage, car les soudeurs orbitaux produisent généralement des soudures de meilleure qualité », explique Tom Hammer, soudeur qualifié chez Axenics.
Bien que les premiers soudages aient été réalisés il y a 2000 ans, le soudage moderne est un processus extrêmement avancé qui fait partie intégrante d'autres technologies et processus modernes. Par exemple, le soudage orbital peut être utilisé pour créer les systèmes de tuyauterie de haute pureté utilisés pour produire des plaquettes de semi-conducteurs qui entrent dans la composition de pratiquement tous les appareils électroniques d'aujourd'hui.
L'un des clients d'Axenics fait partie de cette chaîne d'approvisionnement. Il a recherché un fabricant sous contrat pour l'aider à accroître sa capacité de production, en créant et en installant notamment des canaux en acier inoxydable propres qui permettent aux gaz de passer à travers le processus de fabrication des plaquettes.
Bien que des unités de soudage orbital et des tables rotatives avec pinces de torche soient disponibles pour la plupart des travaux tubulaires chez Axenics, celles-ci n'empêchent pas le soudage manuel occasionnel.
Hammer et l'équipe de soudage ont examiné les exigences du client et posé des questions, en tenant compte des facteurs de coût et de temps :
Les soudeuses orbitales fermées rotatives utilisées par Hammer sont les Swagelok M200 et Arc Machines modèle 207A. Elles peuvent contenir des tubes de 1/16 à 4 pouces.
« Les micro-têtes nous permettent d'accéder aux endroits les plus exigus », a-t-il déclaré. « L'une des limites du soudage orbital réside dans la nécessité de disposer d'une tête adaptée à un joint spécifique. Mais aujourd'hui, on peut aussi enrouler une chaîne autour du tube à souder. Le soudeur peut passer par-dessus la chaîne, et la taille des soudures réalisables est quasiment illimitée. J'ai vu des installations permettant de souder des tubes de 50 cm. C'est impressionnant ce que ces machines permettent aujourd'hui. »
Compte tenu des exigences de pureté, du nombre de soudures requises et de la faible épaisseur de la paroi, le soudage orbital est un choix judicieux pour ce type de projet. Pour les travaux de tuyauterie de contrôle du flux d'air, Hammer soude fréquemment sur de l'acier inoxydable 316L.
C'est là que ça devient vraiment subtil. On parle de soudure sur du métal fin comme du papier. Avec la soudure manuelle, le moindre ajustement peut casser la soudure. C'est pourquoi nous utilisons une tête de soudage orbitale, qui nous permet de régler chaque partie du tube et de la rendre parfaite avant de l'insérer. Nous réduisons la puissance à une valeur précise afin de garantir que la pièce sera parfaite une fois insérée. Avec la soudure manuelle, le réglage se fait à l'œil nu, et si on pédale trop fort, la soudure peut pénétrer directement dans le matériau.
Le travail consiste en des centaines de soudures qui doivent être identiques. Le soudeur orbital utilisé pour ce travail réalise une soudure en trois minutes ; lorsque Hammer fonctionne à vitesse maximale, il peut souder manuellement le même tube en acier inoxydable en une minute environ.
« Pourtant, la machine ne ralentit pas. On la fait tourner à plein régime dès le matin, et à la fin de la journée, elle tourne toujours à plein régime », explique Hammer. « Je la fais tourner à plein régime dès le matin, mais au final, ce n'est pas le cas. »
Il est essentiel d’empêcher les contaminants de pénétrer dans les tubes en acier inoxydable. C’est pourquoi la soudure de haute pureté dans l’industrie des semi-conducteurs est souvent effectuée dans une salle blanche, un environnement contrôlé qui empêche les contaminants de pénétrer dans la zone soudée.
Hammer utilise le même tungstène pré-affûté dans ses torches à main que dans l'Orbiter. Alors que l'argon pur assure la purge externe et interne dans le soudage manuel et orbital, le soudage par machines orbitales bénéficie également d'être effectué dans un espace clos. Lorsque le tungstène sort, la coque se remplit de gaz et protège la soudure de l'oxydation. Lors de l'utilisation d'une torche à main, le gaz n'est soufflé que d'un côté du tube en cours de soudage.
Les soudures orbitales sont généralement plus propres car le gaz recouvre le tube plus longtemps. Une fois le soudage commencé, l'argon assure une protection jusqu'à ce que le soudeur soit sûr que la soudure est suffisamment froide.
Axenics travaille avec un certain nombre de clients du secteur des énergies alternatives qui fabriquent les piles à combustible à hydrogène qui alimentent une variété de véhicules. Par exemple, certains chariots élévateurs construits pour une utilisation en intérieur s'appuient sur des piles à combustible à hydrogène pour empêcher les sous-produits chimiques de détruire les stocks comestibles. Le seul sous-produit d'une pile à combustible à hydrogène est l'eau.
L'un des clients avait de nombreuses exigences similaires à celles d'un fabricant de semi-conducteurs, telles que la pureté et la cohérence de la soudure. Il souhaite utiliser de l'acier inoxydable 321 pour le soudage des parois minces. Cependant, le travail consistait à prototyper un collecteur avec plusieurs bancs de vannes, chacun dépassant dans une direction différente, laissant peu de place pour le soudage.
Un soudeur orbital adapté à ce travail coûte environ 2 000 $ et peut être utilisé pour fabriquer un petit nombre de pièces, avec un coût estimé à 250 $. Cela n'a pas de sens financièrement. Cependant, Hammer a une solution qui combine des techniques de soudage manuel et orbital.
« Dans ce cas, j'utiliserais une table rotative », explique Hammer. « C'est en fait le même principe qu'un poste à souder orbital, mais c'est le tube qui tourne, et non l'électrode en tungstène. J'utilise ma torche manuelle, mais je peux la maintenir en place avec un étau. Positionnée de manière à avoir les mains libres, la soudure ne sera pas endommagée par les secousses. Cela élimine une grande partie du risque d'erreur humaine. Ce type de soudage n'est pas aussi parfait que le soudage orbital, car il n'est pas réalisé en milieu clos, mais il peut être réalisé en salle blanche pour éliminer les contaminants. »
Bien que la technologie de soudage orbital offre pureté et répétabilité, Hammer et ses collègues soudeurs savent que l'intégrité des soudures est essentielle pour éviter les temps d'arrêt dus aux défaillances de soudure. L'entreprise utilise des tests non destructifs (CND), et parfois des tests destructifs, pour toutes les soudures orbitales.
« Chaque soudure que nous réalisons est vérifiée visuellement », explique Hammer. « Ensuite, les soudures sont testées avec un spectromètre à hélium. Selon le cahier des charges ou les exigences du client, certaines soudures sont soumises à un contrôle radiographique. Des essais destructifs sont également possibles. »
Les essais destructifs peuvent inclure des essais de résistance à la traction pour déterminer la résistance ultime à la traction de la soudure. Pour mesurer la contrainte maximale qu'une soudure sur un matériau tel que l'acier inoxydable 316L peut supporter avant la rupture, le test étire et étire le métal jusqu'à son point de rupture.
Les soudures des clients du secteur des énergies alternatives sont parfois soumises à des contrôles non destructifs par ultrasons sur les soudures des composants des piles à combustible à hydrogène à échangeur de chaleur à trois canaux utilisées dans les machines et véhicules à énergies alternatives.
« Il s'agit d'un test crucial, car la plupart des composants que nous expédions sont traversés par des gaz potentiellement dangereux. Il est essentiel pour nous et nos clients que l'acier inoxydable soit irréprochable, sans aucun point de fuite », explique Hammer.
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