La fabrication efficace et réussie de tuyaux exige l'optimisation de 10 000 détails, y compris la maintenance des équipements. Compte tenu de la multitude de pièces mobiles dans chaque type d'usine et chaque équipement périphérique, le respect du programme de maintenance préventive recommandé par le fabricant est une tâche complexe. Photo : T & H Lemont Inc.
Note de l'éditeur : Ceci est la première partie d'une série en deux parties sur l'optimisation des opérations de fabrication de tubes ou de tuyaux. Lire la deuxième partie.
La fabrication de produits tubulaires peut être laborieuse, même dans les meilleures conditions. Les usines sont complexes, nécessitent un entretien régulier important et, selon leur production, la concurrence y est féroce. De nombreux fabricants de tubes métalliques subissent une pression énorme pour maximiser leur temps de production et donc leurs revenus, ce qui leur laisse peu de temps précieux pour la maintenance courante.
Il n'existe actuellement aucun scénario idéal pour le secteur. Les matériaux sont chers et les livraisons partielles sont fréquentes. Plus que jamais, les fabricants de tuyaux doivent optimiser leur temps de production et réduire les rebuts, or les livraisons partielles entraînent une réduction de ce temps. Des productions plus courtes impliquent des changements de production plus fréquents, ce qui représente une perte de temps et de main-d'œuvre.
« Le temps de production est une ressource précieuse en ce moment », a déclaré Mark Prasek, directeur des ventes de tubes pour l'Amérique du Nord chez EFD Induction.
Les conversations avec des experts du secteur sur les conseils et les stratégies pour tirer le meilleur parti de votre usine ont révélé quelques thèmes récurrents :
Exploiter une usine à son rendement maximal implique d'optimiser des dizaines de facteurs, la plupart interagissant entre eux. Optimiser les opérations d'une usine n'est donc pas forcément chose aisée. La maxime de Bud Graham, ancien chroniqueur du Tube & Pipe Journal, nous éclaire : « Un laminoir à tubes est un porte-outils. » Garder cette citation en tête permet de simplifier les choses. Comprendre le rôle de chaque outil, son fonctionnement et ses interactions avec les autres représente environ un tiers du travail. Assurer la maintenance et l'alignement de l'ensemble constitue un autre tiers. Le dernier tiers concerne les programmes de formation des opérateurs, les stratégies de dépannage et les procédures d'exploitation spécifiques à chaque fabricant de tubes.
Le facteur primordial pour le bon fonctionnement d'un broyeur, indépendamment du broyeur lui-même, est la matière première. Obtenir un rendement maximal du broyeur signifie obtenir un rendement maximal de chaque bobine qui l'alimente. Tout commence par une décision d'achat.
Longueur des bobines. Nelson Abbey, directeur de Fives Bronx Inc. Abbey Products, a déclaré : « Les laminoirs à tubes sont plus performants lorsque les bobines sont les plus longues. L’usinage de bobines plus courtes implique l’usinage d’un plus grand nombre d’extrémités de bobine. Chaque extrémité de bobine nécessite une soudure bout à bout. Chaque soudure bout à bout génère des déchets. »
La difficulté réside dans le fait que les bobines les plus longues peuvent être vendues à un prix plus élevé. Des bobines plus courtes sont parfois disponibles à des prix plus avantageux. Les acheteurs souhaitent sans doute réaliser des économies, mais cela ne correspond pas au point de vue du personnel de production. Presque tous les responsables d'usine s'accordent à dire que la différence de prix doit être significative pour compenser les pertes de production liées aux arrêts d'usine supplémentaires.
Selon Abbey, il faut également tenir compte de la capacité du dérouleur et des éventuelles autres contraintes à l'entrée de l'usine. Il pourrait être nécessaire d'investir dans des équipements d'entrée de plus grande capacité pour traiter des bobines plus grandes et plus lourdes et ainsi profiter des avantages liés à l'achat de bobines plus grandes.
La machine à refendre est également un facteur important, qu'elle soit utilisée en interne ou sous-traitée. Les machines à refendre ont une capacité de traitement maximale en termes de poids et de diamètre ; il est donc essentiel d'obtenir une adéquation optimale entre les bobines et les machines à refendre pour maximiser le débit.
En résumé, il s'agit d'une interaction entre quatre facteurs : la taille et le poids de la bobine, la largeur nécessaire de la refendeuse, la capacité de la refendeuse et la capacité de l'équipement d'entrée.
Largeur et état des bobines. En atelier, il va de soi que les bobines doivent avoir la largeur et l'épaisseur adéquates pour la fabrication d'un produit, mais des erreurs peuvent survenir. Les opérateurs peuvent souvent compenser des largeurs de bande légèrement inférieures ou supérieures, mais il ne s'agit que d'une question de degré. Une attention particulière à la largeur des bobines refendues est essentielle.
L'état des bords de la bande est également primordial. Une présentation uniforme des bords, sans bavures ni autres irrégularités, est essentielle pour garantir des soudures régulières sur toute la longueur de la bande, explique Michael Strand, président de T&H Lemont. Le bobinage initial, le refendage et le réenroulement sont également des étapes importantes. Les bobines mal manipulées peuvent se courber, ce qui pose problème. Le procédé de formage mis au point par les ingénieurs de T&H Lemont utilise des bandes plates et non des bandes courbes.
Remarques sur l'outillage : « Une bonne conception de moule maximise le débit », a déclaré Stan Green, directeur général de SST Forming Roll Inc. Il souligne qu'il n'existe pas de stratégie unique pour le formage de tubes, et donc pas de stratégie unique pour la conception de moules. Les fournisseurs d'outillage de laminage ont des méthodes de traitement des tubes et, par conséquent, des produits différents. Les rendements varient également.
« Le rayon de la surface du rouleau varie constamment, ce qui entraîne une variation de la vitesse de rotation de l'outil sur toute sa surface », a-t-il expliqué. Bien entendu, le tube traverse la fraiseuse à une seule vitesse. Par conséquent, la conception influe sur le rendement. Une mauvaise conception engendre un gaspillage de matière lorsque l'outil est neuf, et ce gaspillage ne fait qu'empirer avec l'usure de l'outil, a-t-il ajouté.
Pour les entreprises qui ne s'en tiennent pas à la formation et à la maintenance, l'élaboration d'une stratégie visant à optimiser l'efficacité des installations commence par les fondamentaux.
« Quel que soit le style de l’usine et les produits qu’elle fabrique, toutes les usines ont deux points communs : les opérateurs et les procédures d’exploitation », a déclaré Abbey. Selon lui, assurer le fonctionnement le plus homogène possible d’une usine repose sur la mise en place d’une formation standardisée et le respect des procédures écrites. Des incohérences dans la formation peuvent entraîner des différences dans la configuration et le dépannage.
Pour optimiser le rendement d'une usine, chaque opérateur, quel que soit son poste ou son équipe, doit appliquer des procédures de configuration et de dépannage uniformes. Toute différence de procédure résulte généralement de malentendus, de mauvaises habitudes, de raccourcis ou de solutions de contournement. Ces éléments nuisent systématiquement à l'efficacité de l'exploitation. Ces problèmes peuvent être internes ou provenir du recrutement d'opérateurs qualifiés chez la concurrence, mais leur origine importe peu. La constance est essentielle, y compris pour les opérateurs expérimentés.
« Il faut des années pour former un opérateur de laminoir à tubes, et on ne peut pas vraiment se fier à un plan unique qui convienne à tous », a déclaré Strand. « Chaque entreprise a besoin d'un programme de formation adapté à son usine et à ses propres opérations. »
« Les trois clés d'un fonctionnement efficace sont l'entretien des machines, l'entretien des consommables et l'étalonnage », a déclaré Dan Ventura, président de Ventura & Associates. « Une machine comporte de nombreuses pièces mobiles – qu'il s'agisse du broyeur lui-même, des périphériques à l'entrée ou à la sortie, de la table de battage, etc. – et un entretien régulier est important pour maintenir la machine en parfait état. »
Strand acquiesce. « Tout commence par un programme d'inspection et de maintenance préventive », a-t-il déclaré. « C'est la meilleure façon d'assurer la rentabilité d'une usine. Si un fabricant de tuyaux ne réagit qu'aux urgences, il perd le contrôle et se retrouve à la merci de la prochaine crise. »
« Chaque machine de l'usine doit être parfaitement alignée », a déclaré Ventura. « Sinon, l'usine va se saboter elle-même. »
« Dans de nombreux cas, lorsque les rouleaux dépassent leur durée de vie utile, ils s'écrouissent et finissent par se fissurer », a déclaré Ventura.
« Si les rouleaux ne sont pas maintenus en bon état par un entretien régulier, une maintenance d'urgence s'avère nécessaire », explique Ventura. En cas de négligence, leur réparation exigerait l'enlèvement de deux à trois fois plus de matériau que d'habitude, précise-t-il. De plus, cela prendrait plus de temps et coûterait plus cher.
Investir dans des outils de secours peut contribuer à prévenir les situations d'urgence, a souligné Strand. Si l'outil est fréquemment utilisé pour des opérations de longue durée, il faudra davantage de pièces de rechange que pour un outil utilisé occasionnellement pour des opérations de courte durée. Le fonctionnement de l'outil influe également sur le niveau de réserve. Les ailettes peuvent se détacher de l'outil et les rouleaux de soudage peuvent être affectés par la chaleur du caisson de soudage, des problèmes qui ne se posent pas pour les rouleaux de formage et de calibrage.
« Un entretien régulier est bénéfique pour les équipements, et un bon alignement est essentiel à la qualité des produits fabriqués », a-t-il déclaré. Négliger ces aspects oblige les employés à consacrer un temps considérable à rattraper le retard. Ce temps précieux pourrait être utilisé pour fabriquer des produits de qualité, voire des produits phares. Ces deux facteurs sont si importants et si souvent négligés que, selon Ventura, ils représentent la meilleure opportunité d'optimiser le fonctionnement de l'usine, de maximiser le rendement et de réduire les rebuts.
Ventura compare l'entretien des broyeurs et des consommables à celui d'une voiture. Personne ne parcourrait des dizaines de milliers de kilomètres avec des pneus usés entre deux vidanges. Cela entraînerait des solutions coûteuses, voire la destruction des installations, même pour les usines mal entretenues.
Il est également nécessaire d'inspecter régulièrement l'outil après chaque cycle d'usinage, a-t-il précisé. Les outils d'inspection peuvent révéler des problèmes tels que de fines fissures. Ces dommages sont détectés dès que l'outil est retiré de la fraiseuse, plutôt qu'immédiatement avant son installation pour le cycle suivant, ce qui laisse plus de temps pour fabriquer un outil de remplacement.
« Certaines entreprises travaillent malgré les fermetures programmées », a déclaré Green. Il savait qu'il serait difficile de respecter un arrêt programmé dans cette situation, mais il a souligné que c'était très dangereux. Les entreprises de transport maritime et de fret sont tellement surchargées ou en sous-effectif, voire les deux, que les livraisons ne sont plus à l'heure ces jours-ci.
« Si quelque chose casse à l'usine et que vous devez commander une pièce de rechange, comment allez-vous faire pour la recevoir ? » a-t-il demandé. Bien sûr, le fret aérien est toujours une option, mais cela peut faire exploser les coûts d'expédition.
L'entretien des laminoirs et des cylindres ne consiste pas seulement à suivre un programme d'entretien, mais aussi à coordonner ce programme avec le programme de production.
Dans les trois domaines – exploitation, dépannage et maintenance – l'étendue et la profondeur de l'expérience sont essentielles. Warren Wheatman, vice-président de la division Matrices de T&H Lemont, explique que les entreprises ne possédant qu'une ou deux usines pour la production de leurs tubes ont souvent moins de personnel dédié à la maintenance des machines et des matrices. Bien que compétent, le personnel de maintenance des petites structures dispose de moins d'expérience que celui des grandes, ce qui le désavantage. Si l'entreprise ne possède pas de bureau d'études, le service de maintenance doit assurer lui-même le dépannage et les réparations.
Strand a ajouté que la formation des services d'exploitation et de maintenance est aujourd'hui plus importante que jamais. La vague de départs à la retraite liée au vieillissement des baby-boomers entraîne la disparition progressive du savoir-faire tacite qui faisait autrefois la force des entreprises. Si de nombreux fabricants de tubes peuvent encore compter sur les conseils et l'expertise de leurs fournisseurs d'équipements, même cette expertise est moins répandue qu'auparavant et se raréfie.
Le procédé de soudage est tout aussi important que n'importe quel autre procédé intervenant lors de la fabrication d'un tuyau ou d'une conduite, et le rôle d'une machine à souder ne saurait être surestimé.
Soudage par induction. « Aujourd'hui, environ deux tiers de nos commandes concernent des modernisations », a déclaré Prasek. « Elles remplacent généralement d'anciens postes de soudage défectueux. Le débit est le principal facteur déterminant actuellement. »
Il a expliqué que beaucoup accusaient un retard de huit buts en raison de la livraison tardive des matières premières. « Généralement, quand les matières premières arrivent enfin, la soudeuse tombe en panne », a-t-il déclaré. Un nombre surprenant de fabricants de tubes utilisent encore des machines basées sur la technologie des tubes à vide, ce qui signifie qu'ils utilisent des machines d'au moins 30 ans pour leur maintenance. Les connaissances en matière de maintenance de ces machines sont limitées, et les tubes de remplacement sont difficiles à trouver.
Le problème pour les fabricants de tuyaux qui les utilisent encore est leur vieillissement. Ils ne se détériorent pas brutalement, mais lentement. Une solution consiste à réduire la chaleur de soudage et à ralentir la vitesse du laminoir pour compenser, ce qui permet d'éviter l'investissement initial dans une nouvelle machine. Cela donne l'illusion que tout va bien.
Selon M. Prasek, investir dans une nouvelle source d'alimentation pour le soudage par induction peut réduire considérablement la consommation d'électricité de l'usine. Certains États, notamment ceux qui comptent une population importante et dont les réseaux électriques sont saturés, offrent des crédits d'impôt avantageux pour l'achat d'équipements écoénergétiques. Il a ajouté qu'un autre facteur incitant à investir dans de nouveaux produits réside dans les nouvelles possibilités de production qu'ils offrent.
« En règle générale, une nouvelle unité de soudage est beaucoup plus efficace qu'une ancienne, et elle peut permettre d'économiser des milliers de dollars en offrant une capacité de soudage supérieure sans avoir à moderniser l'installation électrique », a déclaré Prasek.
L'alignement de la bobine d'induction et de la résistance est également important. John Holderman, directeur général d'EHE Consumables, explique qu'une bobine d'induction correctement sélectionnée et installée occupe une position optimale par rapport au galet de soudage et qu'elle doit maintenir un dégagement adéquat et constant autour du tube. Un mauvais réglage entraînera une défaillance prématurée de la bobine.
Le rôle du bloqueur est simple : il bloque le courant électrique en le dirigeant vers le bord de la bande. Comme pour tout le reste sur la machine, son positionnement est crucial, explique-t-il. L’emplacement idéal se situe au sommet de la soudure, mais ce n’est pas le seul critère. L’installation est également essentielle. Si le bloqueur est fixé à un mandrin insuffisamment rigide, sa position risque de changer et il pourrait même entraîner un déplacement du diamètre intérieur le long du fond du tube.
Tirant parti des tendances en matière de conception des consommables de soudage, le concept de bobine divisée peut avoir un impact significatif sur le temps de fonctionnement des usines.
« Les broyeurs de grand diamètre utilisent depuis longtemps des conceptions à bobine divisée », a déclaré Haldeman. « Remplacer un seul élément de la bobine d'induction nécessite de couper le tuyau, de remplacer la bobine et de la refaire fileter », a-t-il expliqué. La conception à bobine divisée comprend deux parties, ce qui vous fait gagner beaucoup de temps et d'efforts.
« Elles étaient utilisées dans les grands laminoirs, mais il a fallu une ingénierie sophistiquée pour appliquer ce principe aux petites bobines », a-t-il déclaré. « Encore moins de travail pour le fabricant. Les petites bobines en deux parties sont dotées d'une quincaillerie spécialisée et de pinces ingénieusement conçues », a-t-il ajouté.
En ce qui concerne le processus de refroidissement du bloqueur, les fabricants de tuyaux ont deux options traditionnelles : un système de refroidissement centralisé en usine ou un système d’eau dédié séparé, qui peut s’avérer coûteux.
« Il est préférable de refroidir la résistance avec un liquide de refroidissement propre », a déclaré Holderman. C'est pourquoi un petit investissement dans un système de filtration dédié au liquide de refroidissement du laminoir peut considérablement augmenter la durée de vie de la résistance.
Le liquide de refroidissement du laminoir est souvent utilisé sur le dispositif d'étranglement, mais il accumule les fines particules métalliques. Malgré tous les efforts déployés pour piéger ces fines dans un filtre central ou les capturer à l'aide d'un système magnétique central, certaines personnes passent et atteignent l'obstacle. Ce n'est pas un endroit pour les poudres métalliques.
« Elles chauffent dans le champ d'induction et se fixent sur le boîtier de la résistance et la ferrite, ce qui provoque une défaillance prématurée et l'arrêt du système pour remplacer la résistance », a expliqué Holderman. « Elles s'accumulent également sur les bobines d'induction et finissent par les endommager par arc électrique. »