1. Résumé de fond
Les exigences en matière de préfabrication de pipelines dans les industries d'ingénierie offshore et pétrochimiques sont relativement élevées et la quantité de travail est relativement importante. La base manuelle de soudage TIG traditionnelle et le remplissage et le revêtement de soudage MIG sont utilisés, mais la qualité et l'efficacité ne sont pas idéales. Ce document adopte un nouveau processus de soudage : le soudage TIG au fil chaud à haute efficacité, pour réaliser le soudage de base TIG, le soudage de remplissage et le soudage de revêtement, et réalise la méthode de soudage MIG à haute efficacité pour remplacer la méthode traditionnelle. Grâce à cette expérience, les propriétés mécaniques issues de la recherche se sont révélées efficaces et ont été utilisées avec succès dans l’industrie.
Objectif de la recherche
À l'heure actuelle, le processus de soudage traditionnel utilise le soudage TIG manuel pour la base, le soudage manuel ou le soudage MIG, le soudage à l'arc submergé et d'autres méthodes multi-processus pour remplir et couvrir afin d'améliorer l'efficacité du soudage. Cependant, ces méthodes de remplissage et de recouvrement ne sont pas faciles à réaliser en soudage automatique, ne conviennent pas à différents diamètres de tuyaux, sont relativement faciles à produire des défauts de soudage et le taux de réussite de la qualité du soudage est limité par le niveau de fonctionnement des travailleurs.
Par rapport au soudage TIG ordinaire, le soudage TIG au fil chaud ajoute une alimentation électrique en fil chaud séparée pour préchauffer le fil de soudage sur la base du fil froid traditionnel et augmente la vitesse de fusion du fil de soudage sans modifier l'énergie de la ligne de soudage. De cette manière, l'arc de soudage fourni n'a besoin de dépenser qu'une petite quantité d'énergie pour faire fondre le fil de soudage, améliorant ainsi l'efficacité de la production de soudage.
Le TIG au fil chaud à haute efficacité est plus de 5 fois plus efficace que le TIG ordinaire, comparable à la vitesse de soudage MIG, et le taux de dépôt est augmenté de 0,3 ~ 0,5 kg/h à 2 ~ 4 kg/h. La technologie domestique TIG au fil chaud est dans une phase stagnante et est loin de permettre un soudage efficace et de haute qualité. L'efficacité du procédé de soudage TIG à fil chaud étranger n'a pas été significativement améliorée et ne peut pas atteindre l'efficacité du soudage MIG. Il est donc particulièrement urgent et important de développer un procédé de soudage TIG à fil chaud efficace.
3.1 Matériel expérimental
Le matériau mère du tuyau expérimental est l'acier Q235-A, d'une épaisseur de 12 mm et d'un diamètre externe de 108 mm. La composition chimique est présentée dans le tableau 1. La résistance à la traction de l'acier Q235-A est de σb = 482 MPa, la limite d'élasticité est de σs = 235 MPa et l'allongement est de δ = 26 %. Le fil de soudage H08Mn2Si d'un diamètre de 1,2 mm est utilisé. La composition chimique est présentée dans le tableau 1. La résistance à la traction du fil de soudage H08Mn2Si est de σb≥500 MPa, la limite d'élasticité est de σs≥420MPa et l'allongement est de δ≥22 %.
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3.2 Méthode expérimentale
Le test a utilisé le système de soudage TIG à fil chaud à haute efficacité de préfabrication de pipeline de type collier de serrage de type ouvert KB370, comme indiqué sur la figure 1, la source d'alimentation de soudage multifonction PHOENIX-521 et la source d'alimentation à fil chaud Sharp Arc-200. Le procédé de soudage TIG à fil chaud a été utilisé et le schéma de principe des joints est présenté à la figure 2.
Figure 1 Système de soudage à fil chaud à haute efficacité de type collier de serrage KB370
Figure 2 Schéma de principe du joint
Avant le soudage, l'intérieur et l'extérieur de la rainure de l'éprouvette de tuyau sont meulés et dérouillés, avec une plage d'environ 25 mm. Avant le soudage d'essai, l'éprouvette du tuyau est fixée par soudage par points. Un soudage par points à trois points suffit. Le désalignement est contrôlé à moins de 1,5 mm et il n’y a aucun écart.
3.3 Résultats expérimentaux
Une fois les échantillons de tuyaux soudés, ils ont d'abord été soumis à une détection des défauts aux rayons X et tous ont passé le niveau I. D'autres expériences ont utilisé des tests de propriétés métallographiques macroscopiques, métallographiques microscopiques et mécaniques, comme le montrent respectivement les figures 3, 4, 5, 6 et le tableau 3. Les figures 3 et 4 montrent clairement la morphologie de la soudure à trois couches, les changements dans la structure organisationnelle, la petite zone affectée thermiquement de la soudure et l'absence de pores ou de fissures. Le tableau 3 montre que les soudures étaient toutes cassées dans la zone du matériau de base et que le pli positif et le pli arrière répondaient aux exigences de la norme GB/T14452-93. Comme le montre le tableau 4, les conclusions suivantes sont tirées :
Figure 3 Microstructure du métal de base, zone affectée thermiquement et section transversale de soudure
Figure 4 Structure métallographique macroscopique de la section transversale de soudure
Figure 5 Essai de traction
(a) Courbure positive
(b) Courbure arrière
Le TIG au fil chaud à haut rendement peut atteindre une qualité de soudage TIG et une vitesse de soudage MAG, mais le soudage MAG présente des inconvénients tels que de grosses projections, un arc fort, une grande porosité, une grande énergie de ligne et une grande quantité de broyage. Bien que son efficacité de dépôt soit élevée, elle n'est évidemment pas aussi stable et fiable que le soudage TIG sous des exigences de qualité élevées. L'efficacité globale du soudage TIG à fil chaud à haut rendement est équivalente ou légèrement supérieure à celle du soudage MAG ;
Le soudage TIG à fil chaud à haut rendement et le soudage TIG à fil froid traditionnel ont une amélioration globale de l'efficacité de 5 à 10 fois.
4. Conclusion expérimentale
4.1 Le soudage TIG au fil chaud peut obtenir une soudure avec une surface sans défaut et une bonne formation ;
4.2 La vitesse d'alimentation du fil du soudage TIG au fil chaud atteint 5 m/min, jusqu'à 6,5 m/min, et le taux de fusion peut atteindre 3,5 kg/h, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production ;
4.3 La rupture par traction des soudures TIG au fil chaud se produit dans le matériau de base, ce qui améliore les performances du joint ;
4.4 Le soudage TIG au fil chaud à haute efficacité atteint véritablement la qualité de soudage du soudage TIG et la vitesse de soudage du soudage MIG.
5. Applications et perspectives matures du marché
Après près de deux ans de promotion et d'application sur le marché, nous sommes actuellement largement utilisés dans les domaines de l'ingénierie maritime, du gaz, de l'instrumentation, de la pétrochimie et des conteneurs.
Le procédé de soudage TIG à fil chaud à haut rendement convient non seulement à l'acier au carbone, mais également à l'acier allié, à l'acier inoxydable, à l'acier duplex, aux alliages à base de nickel et à d'autres matériaux (des expériences sur divers matériaux ont montré que, notamment dans l'acier duplex processus de soudage dans l'ingénierie maritime et d'autres industries, le soudage TIG à fil chaud à haute efficacité présente des avantages incomparables). Il a brisé le monopole du soudage TIG à fil chaud étranger en Chine et son efficacité est 1,5 à 2 fois supérieure à celle des fils chauds étrangers par rapport aux marques étrangères.
Cette technologie comble le vide dans le soudage de préfabrication de pipelines, constitue un produit technologique de processus innovant adapté aux conditions nationales de la Chine et constitue une innovation de rupture dans l'industrie de la préfabrication de pipelines. Il peut remplacer complètement le processus traditionnel existant de processus composite double de remplissage et de recouvrement TIG apprêt + MAG, évitant aux utilisateurs d'acheter à plusieurs reprises des équipements, et constitue un système de soudage de préfabrication de pipelines véritablement multifonctionnel et polyvalent. Le système de soudage utilisant cette technologie comme processus de base est actuellement également appliqué au système de préfabrication de pipelines intelligents, et les perspectives de marché sont larges.
Heure de publication : 27 août 2024
